[發明專利]導電聚合物/納米金屬粒子共包覆的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210497141.X
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN102983329A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 王連邦;姚金翰;王劍波
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;俞慧

技術領域：

本發明涉及一種磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，尤其是一種隸屬于鋰離子電池材料及電動汽車領域。

背景技術：

汽車已成為當今人類生活、社會發展不可缺少的交通工具，它對人類社會的進步產生了不可替代的巨大推動作用，但同時也給社會發展帶來了環境破壞、能源短缺等負面影響。汽車排放的CO₂、硫化物SO_x、氮氧化物NO_x等有害氣體使得溫室效應加劇，臭氧層破壞，酸雨等日益嚴峻的環境問題。汽車工業發展面臨的挑戰之二是能源供應問題。隨著世界人口的增加和生活水平的提高，汽車需有量逐年遞增，人類對能源需求的增加速度很快，石油資源的枯竭速度正在嚴重加劇。我國的石油儲藏量和開采量難以滿足國內需求，不足部分主要依賴于進口。即使在采用先進技術、繼續節能、加速可再生能源開發利用以及優化資源配置條件下，石油短缺額仍可能多達數億噸。因此，開發新一代節能環保型電動汽車被認為是解決或緩解環境污染和能源危機的有效方法。電動汽車使用的能源是可以來源于發電的一切能源（水力、風能、太陽能、潮汐能等）。故此使用電動汽車可以擺脫汽車對化石燃料的依賴，改善能源結構，使能源供應多樣化，使能源供給得到可靠保障。然而開發電動汽車的尖端技術在于研發比容量高、壽命長、熱穩定性好、電流強度大的高性能電池材料。然而磷酸鐵鋰材料具有高比能量、長循環壽命、較寬的工作溫度范圍、良好的倍率性能等特性，符合了汽車業發展的潮流。但是磷酸鐵鋰存在著電子電導率低及離子擴散速率低的缺陷，這樣難能應用到汽車動力電池。目前研究者大都通過包覆及摻雜來提高磷酸鐵鋰的導電性能。

導電聚合物鏈上存在碳雙鍵與單鍵的交替，就能形成共軛離域結構，這種聚合物的能帶隙值一般在2～3eV，如果對其進行摻雜，摻入電子施主或是電子受體，則聚合物的電導率急劇增大。某些聚合物在無機質子酸摻雜后電導率甚至可以提高數十個數量級，發生了從絕緣半導到導電的顯著變化。導電聚合物的突出優點是既具有金屬和無機半導體的電學和光學雙重特性，又具有有機聚合物柔韌的機械性能和可加工性，還具有可逆電化學氧化還原活性。在近幾年導電聚合被廣泛應用于鋰離子電池電極材料的研究中，它能夠很好地提高無機材料的電導率，用導電聚合物制作的正極材料具有加工性好，質量比能量大，不易產生枝晶而發生內部短路，高倍率放電性能好等優點。與此同時，聚苯胺在體現脫嵌鋰的過程中，會失去部分的導電性能。導電金屬是一種很好的電子導體，能夠為磷酸鐵鋰提供電子通道，進而提高倍率性能。本發明綜合了聚合物和導電金屬的雙重優點，進而提高了磷酸鐵鋰的實際容量，改善了放電倍率性能。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種導電聚合物/納米金屬粒子共包覆的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，所制備的材料容量較高、倍率性能優良。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種導電聚合物/納米金屬粒子共包覆的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將質量比為2~10:100的聚合物單體和磷酸鐵鋰粉末在酸性溶液中充分分散，得到混合液A；所述的聚合物單體為苯胺、吡咯、噻吩、3,4-乙撐二氧噻吩中的一種或幾種的組合；

（2）在混合液A中加入金屬化合物，充分分散，得到混合液B，其中金屬化合物中的金屬元素含量為混合溶液A中含有的磷酸鐵鋰質量的0.5~5%；所述的金屬化合物為硝酸銀、硝酸鎳、硫酸鎳、硝酸銅、硫酸銅、氯金酸、氯鉑酸的一種；

（3）在混合液B中加入氧化劑，所述的氧化劑為過硫酸銨、雙氧水、高錳酸鉀、重鉻酸鉀、三氯化鐵、硝酸銀中的一種或幾種的組合，其中氧化劑與混合液B中含有的聚合物單體的摩爾比為1：1～1：3，然后將所得反應混合物保持在0~30℃水浴超聲1～4h，再室溫靜置1～2h，過濾、洗滌、干燥即得導電聚合物/納米金屬粒子共包覆的磷酸鐵鋰正極材料。

所述步驟（1）中，所述的酸性溶液優選為濃度為0.1～5mol/L的甲酸、硝酸、醋酸溶液中的一種或幾種的混合；優選每20mL酸性溶液加入0.02～0.15g聚合物單體。

本發明推薦所述步驟（1）按照如下操作：取聚合物單體加入酸性溶液中，攪拌分散30~60min，然后加入磷酸鐵鋰粉末，超聲分散30min~2h，得到混合液A。

所述步驟（2）中，在混合液A中加入金屬化合物，超聲分散0.1~3小時，得到混合液B。

所述步驟（3）中，所述的洗滌優選采用上述酸性溶液、丙酮依次洗滌；所述的干燥優選為：在60～80℃真空干燥10～24h。