[發明專利]磷酸鐵鋰/納米碳復合正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 200910043208.0
• 申請日: 2009-04-24
• 公開（公告）號: CN101533904A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 陳召勇;朱華麗
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 顏 勇

技術領域

本發明屬于鋰離子電池復合電極材料領域，涉及一種磷酸鐵鋰/納米碳復合正極材料的 制備方法。

背景技術

鈷酸鋰作為鋰離子電池正極材料在移動電話、攝錄像機、筆記本電腦、數碼相機、媒 體播放器等便攜式電子產品領域表現出優異的性能，但是，它在較高溫度下容易釋放出氧 氣，帶來嚴重的安全隱患。現在科學界和產業界普遍認為鈷酸鋰不適合作為電動汽車用高 功率、高容量鋰離子電池正極材料。同時，由于鈷酸鋰價格昂貴，多年來鉛酸電池都壓倒 性占據了大部分的市場。因此，尋找低成本、高性能的正極材料是推動鋰離子電池廣泛應 用的需要，尤其是發展電動汽車(EV)、混合電動車(HEV)的關鍵。可以說，從鋰離子 電池市場化到現在，科學家就一直在尋找性價比更高的正極材料。磷酸鐵鋰價格便宜、比 容量高、安全性能好，是理想的鋰離子電池正極材料，尤其是它較高溫度下的穩定性能給 高功率、高容量電池提供了安全保障，是動力電池材料的理想選擇。但是磷酸鐵鋰電導率 低，在充放電過程中易發生極化現象，大電流高倍率下容量大幅度下降，性能不很理想。 磷酸鐵鋰要想真正實現應用，必須解決目前存在的這些問題。

碳納米管是一種由石墨卷成的無縫空心管，碳原子最外層的電子通過sp²雜化和相鄰 的三個碳原子形成穩定的鍵，剩余的一個電子形成離域大π鍵。因此，在碳納米管管壁存 在大量可以自由移動的電子，并且這些自由電子分布在碳納米管的表面，因而碳納米管具 有優異的導電性能，是一種優良的導電劑。因此，碳納米管作為導電劑均勻分散在磷酸鐵 鋰粉體內部形成的復合正極材料能有效解決磷酸鐵鋰電導率低的缺陷，改善其高功率充放 電性能。

已有專利200410051045.8公開用碳納米管為導電劑和磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極 材料。但是在實際使用中，這種直接用碳納米管做導電劑的方法，碳納米管團聚非常嚴重， 因為碳納米管沒有和磷酸鐵鋰有效充分接觸，碳納米管利用率低。專利200510021505.7 公開了使用碳納米管作為導電劑及其極片的制作方法。鋰離子電池漿料固含量非常高，粘 度大，采用這種方法很難使碳納米管充分分散。因此，目前使用碳納米管的方法不能充分 發揮它的優點，同時由于碳納米管團聚嚴重也不得不加大原料的用量，增加了成本，降低 了復合材料的容量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種磷酸鐵鋰/納米碳復合正極材料的制備方法， 在制備磷酸鐵鋰同時生長碳納米管或者碳纖維時，能防止團聚現象，既降低成本，又提高 磷酸鐵鋰的性能。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種磷酸鐵鋰/納米碳復合正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步聚：

1)前驅體的預處理：按以下組分和質量百分比含量稱量原料：催化劑 0.2％～15％、鋰鹽5％～15％、鐵鹽40％～60％和磷酸鹽25～45％；所述的催化劑為金屬Fe、 Co、Ni中的一種或多種；所述的鋰鹽為碳酸鋰、氫氧化鋰、硝酸鋰和磷酸鋰中的一種或 多種；所述的鐵鹽為草酸亞鐵、三氧化二鐵、四氧化三鐵和磷酸鐵中的一種或多種；所述 的磷酸鹽為磷酸二氫銨、磷酸銨或磷酸氫二銨的一種或多種；將上述原料加入分散劑后在 球磨機中球磨，制得前驅體；

2)碳納米管或碳纖維的生長：將所得的前驅體經干燥后放入氣氛保護爐，然后通 入氮氣或氬氣，氮氣或氬氣流量為10～1000sccm，以0.5～30℃/分鐘的速度升溫至500～1200 ℃；再通入流量為10～1000sccm的碳源氣體，同時關掉氮氣或氬氣，在500～1200℃溫度下 恒溫生長碳納米管或碳纖維；

3)磷酸鐵鋰或摻雜磷酸鐵鋰的制備：恢復氮氣或氬氣流量，同時關掉碳源氣體， 以0.5～30℃/分鐘的速度將溫度調整到600～850℃，恒溫，然后將所得產物在氮氣或氬氣氣 氛保護下自然冷卻到室溫，即制得摻雜磷酸鐵鋰/納米碳復合正極材料。

步驟1)中，所述的分散劑為去離子水、無水乙醇或丙酮。

步驟2)中的恒溫時間為10～300分鐘；步驟3)中的恒溫時間為3～36小時。

步驟2)中，所述的氣氛保護爐為惰性氣氛保護爐。所述惰性氣氛保護爐為管式真空 爐。

步驟1)中，所述球磨機的轉速為100～1000轉/分鐘。

步驟2)中的干燥過程為：將混合后的前驅體在50-80℃真空烘箱中干燥1～48小時。