[發(fā)明專利]一種碳納米管鍵合磷酸鐵鋰電極材料的制造方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310500536.5
• 申請(qǐng)日: 2013-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN103606652A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 叢國芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 溧陽市東大技術(shù)轉(zhuǎn)移中心有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/1397
• 分類號(hào): H01M4/1397;H01M4/62;H01M4/1393;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電極材料領(lǐng)域，特別是涉及一種碳納米管鍵合磷酸鐵鋰電極材料的制造方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有電壓高、無記憶效應(yīng)、能量密度高及循環(huán)性能良好等特點(diǎn)，已廣泛用于移動(dòng)電話、筆記本電腦、小型攝像機(jī)等便攜式電子設(shè)備中。鋰離子電池的正極材料的性能決定了鋰離子電池的性能。目前，傳統(tǒng)的鋰離子電池正極材料包括鈷酸鋰（LiCoO₂）、鎳酸鋰（LiNiO₂）和錳酸鋰（LiMnO₂），由于鈷有毒且鈷資源有限、鎳酸鋰制備困難、錳酸鋰的循環(huán)性能和高溫性能差。因此，這些鋰離子電池正極材料無法滿足鋰離子電池向比容量高、壽命長、成本低和環(huán)境兼容方面發(fā)展的要求。

橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰(LiFeP0₄)正極材料是目前業(yè)內(nèi)普遍使用的正極材料，這是因?yàn)樵摬牧暇哂衼碓簇S富、價(jià)格低廉、無環(huán)境污染、容量較高、穩(wěn)定性好、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。但是與上述傳統(tǒng)材料相比，磷酸鐵鋰正極材料的電子電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散速率極低，因而在高電流密度下充放電容量很低，只能在極小電流下進(jìn)行充放電，這就大大限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。因此，如何提高磷酸鐵鋰的電子電導(dǎo)率是當(dāng)前業(yè)內(nèi)亟待解決的問題。

碳納米管是一種中空的碳纖維，管壁由一層或數(shù)層石墨烯卷曲而成，管徑為數(shù)納米至數(shù)十納米之間。碳納米管管長可達(dá)數(shù)十到數(shù)百個(gè)微米。碳納米管具有優(yōu)異的電學(xué)性能，利用其空腔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的高比表面積，能夠應(yīng)用到鋰離子電池中作為電極材料，從而提高鋰離子電池的電學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種碳納米管鍵合磷酸鐵鋰電極材料的制造方法，可以提高電子電導(dǎo)率和例子擴(kuò)散速率，從而提高鋰電池的性能。

本發(fā)明提出的碳納米管鍵合磷酸鐵鋰電極材料的制造方法，依次包括如下步驟：

（1）將90-110份的Li_1-xR_x+yFe_1-yPO₄、15-25份的金屬化合物以及5-15份的導(dǎo)電助劑加入到攪拌容器中，并加入去離子水后充分?jǐn)嚢杌旌希瑥亩玫交旌衔铮?/p>

（2）將混合物放入干燥箱中進(jìn)行干燥處理，其中干燥溫度為120-140℃，干燥時(shí)間為7-8小時(shí)；

（3）制作粉體，將干燥后的混合物投入研磨機(jī)中進(jìn)行研磨，得到所述混合物的粉體；

（4）將所述混合物粉體放入管式爐中，通入氮?dú)鈱⒐苁綘t中的空氣排出后抽空，再通入氫氣和乙炔，其中氫氣和乙炔的流量比為1:1.5，然后將管式爐升溫，升溫速率為10℃/分鐘，直至升溫至600-700℃后保持該溫度，然后反應(yīng)10-15分鐘，反應(yīng)結(jié)束后通入氮?dú)膺M(jìn)行冷卻至室溫，即得到碳納米管鍵合磷酸鐵鋰電極材料。

所述碳納米管磷酸鐵鋰電極材料是以磷酸鐵鋰混合物粉體為載體，通過化學(xué)鍵合方式鍵合1wt%-8wt%的碳納米管成分，形成碳納米管鍵合磷酸鐵鋰電極材料。

其中，所述磷酸鐵鋰混合物粉體由Li_1-xR_x+yFe_1-yPO₄、金屬化合物以及導(dǎo)電助劑混合而成，按照重量份計(jì)，包括：90-110份的Li_1-xR_x+yFe_1-yPO₄、15-25份的金屬化合物以及5-15份的導(dǎo)電助劑。

其中Li_1-xR_x+yFe_1-yPO₄的鋰位和鐵位都含有替位金屬元素R，替位金屬元素R為從由鋁、鎳、鈦和鎂組成的組中選擇的任意一個(gè)金屬元素或任意兩個(gè)金屬元素，并且，0.03≤x≤0.09，0.03≤y≤0.09。

其中碳納米管的管徑為20-150nm；

其中，金屬化合物為由硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸鈉、硝酸鉀、醋酸鐵、醋酸鎳、醋酸鈷、硫酸鈉、硫酸鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、氯化鈉和氯化鉀所組成的組中選擇的一種或兩種；

其中，導(dǎo)電助劑為由乙炔黑、導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電碳黑、蔗糖和葡萄糖所組成的組中選擇的一種或兩種。

本發(fā)明具有如下的有益效果：

1.通過碳納米管鍵合磷酸鐵鋰，利用碳納米管的高比表面積，提高鋰電池的電容量；

2.通過采用替位金屬元素來部分取代磷酸鐵鋰中的鋰和鐵，可以進(jìn)一步提高磷酸鐵鋰電極材料的電容量，并且還能提升其充放電性能；