一种锂电池及其正极和三维导电网络结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电池结构领域，具体一种锂电池及其正极和三维导电网络结构。
【背景技术】
[0002]磷酸铁锂(LFP，分子式为LiFePO4)自1997年首次被报道用于锂离子电池正极材料以来，被证明其具有理论容量高(170 mAh.g 1X循环性能好(可循环使用超过2000次)、工作电位适中(3.4 V K5.Li+/Li)、环境友好、安全性高以及价格低廉等优点，是新一代锂离子电池理想的正极材料之一。但是其电子导电性差和锂离子迀移速率慢的缺点影响了其倍率性能，并严重限制了其在电池行业的应用。人们尝试通过减小粒径缩短锂离子传输距离、包覆导电性薄膜或掺杂高价离子增强其电子导电性等途径来解决上述问题。然而，减小粒径造成振实密度降低，导致其体积容量降低。包覆导电层虽能提供电子传递通道，但对导电性的改善也是有限的。因为，如果包覆量太少，LFP分子之间无法形成有效连续导电网络；而包覆量过大则同样会导致比容量和振实密度的降低。碳包覆是目前改善LFP导电性最常用的方法。研发一种比较理想的包覆结构，以增加电池正极的导电性和锂离子迀移速率，对于磷酸铁锂电池的推广运用具有重要意义。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是针对上述问题，性能良好的3D导电网络结构，将其用于电池正极可显著提高导电性和锂离子迀移速率。
[0004]本实用新型的目的通过下述技术方案来实现:
[0005]一种用于锂电池正极的三维导电网络结构，包括颗粒状的正极材料基元，电化学剥离氧化石墨(ECGO)连接件和碳包覆膜，所述ECGO结合在所述正极材料表面形成正极材料/ECGO复合物，所述碳包覆膜包覆在正极材料/ECGO复合物外围形成三维导电网络结构。所述正极材料为磷酸铁锂(LFP)。该结构中ECGO和碳层与LFP建立了充分的连接，就形成了一种3D导电网络，极大地提高了 LFP的电子传输速率。
[0006]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，所述ECGO连接件具有近球形结构。近球形的ECGO还可以在近邻的LFP之间形成连接，为电子传输增加了通道。
[0007]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，所述ECGO以原位生长的方式连接在LFP基元外围。
[0008]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，多个电化学剥离氧化石墨(ECGO)连接件均匀分布在所述正极材料基元外围。
[0009]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，所述正极材料基元呈米粒状。
[0010]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，所述三维导电网络结构呈颗粒状。
[0011]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，每个三维导电网络结构颗粒中由碳包覆膜包裹有多个正极材料基元。
[0012]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，多个正极材料基元之间通过电化学剥离氧化石墨(ECGO)连接件相互连通。
[0013]本实用新型还提供了一种锂电池的正极，其特征在于，含有上述任意一个所述的三维导电网络结构。进一步的，所述三维导电网络结构被压制成片状。
[0014]本实用新型还提供了一种锂电池，包括正极、负极、隔膜、电解液、外壳和密封材料，所述隔膜将正负极隔开，所述电解液填充于正负极之间，所述正极为上述的任意一种锂电池正极。
[0015]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0016]本实用新型的有益效果:
[0017]本实用新型所述的三维导电网络结构中，ECGO和碳层与LFP建立了充分的连接，形成了一种3D导电网络，极大地提高了 LFP的电子传输速率。所述3D导电网络结构的体电阻率<0.2 kQ cm，采用本实用新型所述的3D导电网络结构制成LFP正极用于装配锂离子扣式电池能达到如下性能指标:0.1 C比容量彡160 mAh.g \ I C比容量彡150 mAh.g S循环充放电3000次，常温放电容量高于80%;支持常温50 C以上倍率放电，-20°C环境20 C以上倍率放电，-20°C环境放电容量不低于常温放电容量的80%。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型所述三维导电网络结构的示意图；
[0019]图2所述锂电池的结构示意图。
[0020]其中，I为正极材料基元，2为电化学剥离氧化石墨(ECGO)连接件，3为碳包覆膜，21为正极，22为负极，23为隔膜，24为电解液，25为外壳。
【具体实施方式】
[0021]以下通过实施例对本实用新型进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本实用新型进行进一步说明，但不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本实用新型的内容对本实用新型作出一些非本质性的改进和调整。
[0022]实施例1:
[0023]如图1所示，一种用于锂电池正极的三维导电网络结构，包括颗粒状的正极材料基元I，电化学剥离氧化石墨(ECGO)连接件2和碳包覆膜3，所述ECGO连接件2结合在所述正极材料基元I表面形成正极材料/ECGO复合物，所述碳包覆膜3包覆在正极材料/ECGO复合物外围形成三维导电网络结构。所述正极材料为磷酸铁锂(LFP)。该结构中ECGO和碳层与LFP建立了充分的连接，就形成了一种3D导电网络，极大地提高了 LFP的电子传输速率。
[0024]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，所述ECGO连接件2具有近球形结构。近球形的ECGO还可以在近邻的LFP之间形成连接，为电子传输增加了通道。
[0025]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，所述ECGO连接件2以原位生长的方式连接在LFP基元外围。
[0026]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，多个电化学剥离氧化石墨(ECGO)连接件2均匀分布在所述正极材料基元外围。
[0027]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，所述正极材料基元I呈米粒状。
[0028]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，所述三维导电网络结构呈颗粒状。
[0029]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，每个三维导电网络结构颗粒中由碳包覆膜3包裹有多个正极材料基元I。
[0030]作为可选方式，在上述三维导电网络结构中，多个正极材料基元I之间通过电化学剥离氧化石墨(ECGO)连接件2相互连通。
[0031]对上述任意一种三维导电网络结构进行电阻率测试，结果显示其电阻率< 0.2k Ω cm ；
[0032]将上述任意一种三维导电网络结构与粘合剂、导电剂混匀后压制成电极片作为正极21，以金属锂作为负极22，以聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯复合薄膜作为隔膜23，以六氟磷酸锂溶液作为电解液24，采用扣式电池外壳25和密封材料，组装成2032扣式电池，如图2所示。在2.2-4.2V电压范围内测试其充放电容量和倍率性能，结果显示:所得扣式电池，0.1C比容量彡160 mAh.g \ I C比容量彡150 mAh.g %循环充放电3000次，常温放电容量高于80% ;支持常温50 C以上倍率放电，-20°C环境20 C以上倍率放电，-20 °C环境放电容量不低于常温放电容量的80%。
[0033]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，对本实用新型而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本实用新型所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种用于锂电池正极的三维导电网络结构，其特征在于，包括颗粒状的正极材料基元，电化学剥离氧化石墨ECGO连接件和碳包覆膜，所述ECGO结合在所述正极材料表面形成正极材料/ECGO复合物，所述碳包覆膜包覆在正极材料/ECGO复合物外围形成三维导电网络结构。2.根据权利要求1所述的三维导电网络结构，其特征在于，所述ECGO连接件具有近球形结构。3.根据权利要求1所述的三维导电网络结构，其特征在于，多个电化学剥离氧化石墨ECGO连接件均勾分布在所述正极材料基元外围。4.根据权利要求1所述的三维导电网络结构，其特征在于，所述正极材料基元呈米粒状。5.根据权利要求1所述的三维导电网络结构，其特征在于，所述三维导电网络结构呈颗粒状。6.根据权利要求5所述的三维导电网络结构，其特征在于，每个三维导电网络结构颗粒中由碳包覆膜包裹有多个正极材料基元。7.根据权利要求1所述的三维导电网络结构，其特征在于，多个正极材料基元之间通过电化学剥离氧化石墨ECGO连接件相互连通。8.一种锂电池的正极，其特征在于，含有权利要求1~7中任意一个所述的三维导电网络结构。9.根据权利要求8所述锂电池的正极，其特征在于，所述正极中的三维导电网络结构整体被压制成片状。10.一种锂电池，其特征在于，包括正极、负极、隔膜、电解液、外壳和密封材料，所述隔膜将正负极隔开，所述电解液填充于正负极之间，所述正极为权利要求8所述的锂电池正极。
【专利摘要】本实用新型公开了一种锂电池及其正极和三维导电网络结构，属于电池结构领域。所述三维导电网络结构包括颗粒状的正极材料基元，电化学剥离氧化石墨（ECGO）连接件和碳包覆膜，所述ECGO结合在所述正极材料表面形成正极材料/ECGO复合物，所述碳包覆膜包覆在正极材料/ECGO复合物外围形成三维导电网络结构。其中ECGO和碳层与LFP建立了充分的连接，形成了一种3D导电网络，极大地提高了LFP的电子传输速率。
【IPC分类】H01M4/13, H01M4/36, H01M10/0525
【公开号】CN204760480
【申请号】CN201520299193
【发明人】张永志, 肖丹, 郭勇, 王强, 黄建新, 王隽, 李玲琛
【申请人】德阳威旭锂电科技有限责任公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年5月11日