[發明專利]一種磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410253584.3
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104009232A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 王鋒;丁瑜;覃彩芹;張瑤瑤;關鵬
• 申請（專利權）人: 湖北工程學院
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 余曉雪;王敏鋒

技術領域

本發明涉及鋰離子電池電極材料的制備技術領域，具體涉及一種高性能磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型的高能蓄電池，具有能量密度高、使用壽命長、電池電壓高、比容量大、安全性能較好、自放電小、無毒無污染等優點。目前已廣泛應用于人們的日常生活中。橄欖石型磷酸鐵鋰是鋰離子電池電極材料幾種商業化使用的正極材料之一，相比于另一商業化材料鈷酸鋰，磷酸鐵鋰具有更好的安全性和循環性，其可逆理論比容量高為172mAh·g^-1，充放電電位為3.45V(vs.Li⁺/Li)，低于大多數電解液的分解電壓，同時保證了足夠高的比能量密度(高達550Wh/g)。但是由于磷酸鐵鋰中的Li⁺在晶體內僅沿c軸方向一維擴散，因而，磷酸鐵鋰的Li⁺擴散系數必然比較低。所以必須在現有技術的基礎上對磷酸鐵鋰進行改性。

含氮碳纖維是近幾年來興起的一種新材料，該材料比表面積高，能使鋰離子在電極和電解液界面有效擴散和電荷轉移。同時，納米纖維能減小鋰離子的擴散距離，為鋰離子快速擴散提供通道。另外，富電子的氮電負性高于碳，氮原子摻雜可以保持碳的晶格結構和孔道，由于氮原子替代部分碳的晶格位置，氮原子額外的孤對電子可以給SP²雜化的碳骨架離域體系以負電荷，從而有效地提高碳的表面極性，增強電子的傳輸性能及化學反應活性。碳材料中摻雜富碳電子的氮原子還可改變碳材料的能帶結構，使材料的價帶降低，從而增加材料費米能級上的電子密度。因此，采用含氮碳纖維改性磷酸鐵鋰有望突破其它包覆及導電高分子摻雜等傳統手段，實現鋰離子電池性能的突躍。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于克服現有方法制備的磷酸鐵鋰材料結構穩定性差、導電性能差、倍率充放電性能不穩定等缺陷，提供了一種新的鋰離子電池正極材料的制備方法。所制得的磷酸鐵鋰復合正極材料具有充放電效率高、充放電反應可逆性好、結構穩定、循環性能優異、產品性價比高、制備工藝條件簡單等諸多優點。

本發明的目的是通過以下技術方案得以實現的。

一種磷酸鐵鋰復合正極材料的制備方法，步驟如下：

(1)將聚吡咯纖維加入到無水乙醇中，邊攪拌邊超聲分散30分鐘后，形成1mg/mL的聚吡咯纖維懸浮液，然后加入磷酸鐵鋰，繼續攪拌超聲30分鐘后，噴霧干燥；將所得磷酸鐵鋰和聚吡咯纖維混合物在融合球化機中處理3小時；

所述聚吡咯纖維按如下方法合成：

將10g溴化十六烷基三甲胺溶于300mL的去離子水中，控制反應溫度在0～5℃，向反應體系中通入氮氣，然后加入20mL吡咯，攪拌30分鐘后加入1mol/L的氯化鐵水溶液20mL。在氮氣氛圍下，維持反應溫度在0～5℃反應10小時，得到黑色的沉淀物，依次用1mol/L的鹽酸和去離子水洗滌沉淀物直至濾液呈無色。然后將產物在50℃的烘箱內真空(真空度-0.1MPa)干燥6小時即得到聚吡咯纖維。所制備的聚吡咯纖維的掃描電鏡圖片見圖1，其直徑為60-80nm，長度為4-10μm。

所述的磷酸鐵鋰和聚吡咯纖維質量之比為(85％～95％)：(5％～15％)。

所述融合球化機轉速3000r/min。

(2)將球化處理后的混合物在惰性氣氛下從室溫升溫至500～700℃并保持3小時進行熱處理，得到磷酸鐵鋰和含氮碳纖維復合材料初產品。

所述惰性氣氛條件為氮氣或者氬氣氣氛。

所述升溫的速率為5℃/min。

(3)將步驟(2)得到的復合材料初產品在球磨機中球磨處理2小時，球磨機的頻率為45Hz，過200目篩后，即得到所述磷酸鐵鋰復合正極材料。

與現有技術相比，本發明方法的優點與有益效果在于：