[發明專利]一種納米纖維狀磷酸鈷鋰正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201410124539.8
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103956486A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 穆道斌;許洪亮;石麗麗;任永歡;吳涵鋒;鮑澄宇
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種納米纖維狀磷酸鈷鋰正極材料的制備方法，屬于化工電極材料制造工藝技術領域。

背景技術

鋰離子電池自從上世紀90年代初成功開發以來，就以其比能量高、工作電壓高、應用溫度范圍寬、自放電率低、循環壽命長、無污染等獨特優勢而倍受關注，并在手機、數碼相機、筆記本電腦等小型便攜式電子產品中廣泛應用。近年來，為應對汽車工業迅猛發展帶來的諸如環境污染、石油資源急劇消耗等負面影響，美國、日本、中國等國家都在積極開展采用清潔能源的電動汽車EV以及混合動力車HEV的研發工作。而鋰離子電池作為未來電動汽車最主要的候選動力電源，具有成本低廉、性能優異的特點，已成為國際動力電池領域的主要研究熱點，其中作為提高鋰離子電池性能的關鍵因素之一的性能優良電極材料的開發一直是研究的重點。

目前，在鋰離子電池中應用的主要正極材料是磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、三元素材料，其中磷酸鐵鋰碳材料以材料本身安全性高、環境友好、資源豐富、循環穩定性高等優點受到廣泛的重視，并取得較好的商業應用。但是隨著科技與時代的發展，人們對鋰離子電池提出了更高的要求，尤其對材料的安全性與能量密度格外重視。在這種趨勢下理論能量密度只有586Wh/kg的磷酸鐵鋰也越來越不能滿足人們對鋰離子電池高能量密度的期望。磷酸鈷鋰由于具有與磷酸鐵鋰相同晶體結構不但兼容了聚陰離子結構的高安全性，其較高的理論能量密度（802Wh/kg）也使其有望成為替代磷酸鐵鋰成為下一代鋰離子電池正極材料，具有很好的前景和潛力。

近年來研究人員對磷酸鈷鋰正極材料進行了一系列的研究，但磷酸鈷鋰正極材料的合成還存在很大的問題和難點，比如合成工藝較難控制、煅燒溫度區間較窄、材料性能較差等等。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有鋰離子電池磷酸鈷鋰正極材料離子、電子導電性差，合成條件苛刻的問題，以改善鋰離子電池磷酸鈷鋰正極材料的電化學性能，提供了一種納米纖維狀磷酸鈷鋰正極材料的制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明的一種納米纖維狀磷酸鈷鋰正極材料的制備方法，具體步驟為：

1）依次將摩爾比為1:1:1的鋰鹽、磷酸鹽、鈷鹽溶解在去離子水中；隨后將高分子聚合物加入所得溶液并攪拌均勻后靜置至澄清；

2）將溶液進行靜電紡絲；

3）將步驟2）中得到的紡絲產物在惰性氣氛下煅燒，煅燒反應結束后，待材料冷卻至室溫，取出產物得到具有納米纖維結構的磷酸鈷鋰正極材料。

上述步驟1）中鈷鹽為硫酸鈷、硝酸鈷、醋酸鈷；鋰鹽為氫氧化鋰、硝酸鋰、醋酸鋰、磷酸二氫鋰；磷酸鹽為磷酸、磷酸二氫氨、磷酸二氫鋰；高分子聚合物為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇。其中鋰鹽、磷酸鹽、鈷鹽的添加量為6～12mmol，高分子聚合物的添加量為600～1000mg，去離子水的添加量為10～12ml。

上述步驟2）所述的靜電紡絲的方法為：紡絲設備正高壓靜電為10～30千伏，接收端附加負高壓靜電為0～10千伏。

上述步驟3）中煅燒溫度為650～750℃，加熱速率為2～5℃/min，煅燒時間為6～12h；惰性氣體為氬氣或氮氣。

有益效果

本發明的制備工藝簡單易行，制備參數可控性強，制備所得的磷酸鈷鋰材料具有納米纖維形貌，增加了材料與電解液的接觸并有利于鋰離子的傳輸，同時材料中碳的引入，提高了材料的導電性，改善了電化學性能，有望作為一種高電壓的鋰離子電池正極材料。

本發明選擇較為常見的鈷鹽、鋰鹽、磷酸鹽與高分子聚合物，采用靜電紡絲工藝，通過一步煅燒的方法合成磷酸鈷鋰正極材料，研究了其電化學性能。

附圖說明

圖1為實施例制備的磷酸鈷鋰正極材料煅燒前的掃描電鏡形貌圖；

圖2為實施例制備的磷酸鈷鋰正極材料煅燒后的掃描電鏡形貌圖；

圖3為實施例制備的磷酸鈷鋰正極材料的X射線衍射圖譜；

圖4為實施例制備的磷酸鈷鋰正極材料在17mA/g下的充放電曲線圖。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明做詳細說明

實施例1

一種納米纖維狀磷酸鈷鋰正極材料的制備方法，具體步驟為：

1）首先將8mmol的氫氧化鋰、磷酸溶解于12ml去離子水中反應生成磷酸二氫鋰溶液，再加入1g聚乙烯吡咯烷酮（分子量為130萬）充分攪拌均勻，隨后將溶液靜置至澄清；