[發明專利]一種碳量子點改性LiFePO4

有效

• 申請號: 201911226186.1
• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN111525102B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 黃劍鋒
• 申請（專利權）人: 南通鼎鑫電池有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京馳納智財知識產權代理事務所(普通合伙) 11367
• 代理人: 蔣路帆

本發明公開了一種碳量子點改性LiFePO4正極材料的制備方法，屬于鋰離子電池正極材料的制備方法領域，一種碳量子點改性LiFePO4正極材料的制備方法，采用殼聚糖為碳源，對磷酸鐵鋰表面進行碳量子點修飾和改性，采用微波超聲結合水熱碳化的兩步方法在磷酸鐵鋰的表面進行碳量子點修飾，制備方法簡單，制備出的材料粒徑大小均一，分布均勻，材料具有較大的比表面積；且碳量子點對磷酸鐵鋰表面修飾能夠暴露出更多的活性位點，為鋰離子存儲提供了更多空間，同時更好的提高了磷酸鐵鋰的導電性，具有優異的倍率性能，另外，在制作過程中使用的帶安全消毒蓋的自消毒磁力攪拌器可對容器內部反應環境起到消毒作用，提高操作人員制作過程中的安全性。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料的制備方法領域，更具體地說，涉及一種碳量子點改性LiFePO4正極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池的主要構成材料包括電解液、隔離材料、正負極材料等。正極材料占有較大比例(正負極材料的質量比為3:1-4：1),因為正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。采用微波干燥新技術干燥鋰電池正極材料，解決了常規鋰電池正極材料干燥技術用時長，使資金周轉較慢，并且干燥不均勻，以及干燥深度不夠的問題。

綜合來看，鋰離子電池正極材料的發展方向是磷酸鐵鋰。雖然國內磷酸鐵鋰正極材料的研發如火如荼，但缺乏原始創新技術。鋰離子電池負極材料未來有兩個發展方向—鈦酸鋰材料和硅基材料。國內近年來開發的硅基材料基本能達到高比容量、高功率特性和長循環壽命的要求，但產業化還須突破工藝、成本和環境方面的制約。我國在鋰離子電池隔膜國產化方面已取得一定成績，但要實現高端產品的大規模生產仍有較長的路要走。

化石燃料的大量燃燒造成空氣污染和資源衰竭，鋰離子二次電池的應用可以大幅降低人們對化石燃料的依賴。鋰離子電池正極材料作為鋰源供給者及電池的核心部件，其研究對電池整體容量的提升具有重要的作用。磷酸鐵鋰材料的原料分布廣泛，安全無污染，被廣泛應用于鋰離子電池正極材料。但是其電子導電率低、鋰離子擴散速率低限制了它的發展。

磷酸鐵鋰是正交橄欖石結構，空間群為Pnma。1997年，Goodenough等人發現了該結構并將其應用于鋰離子電池。由于LiFePO4中PO4四面體的P-O 鍵強更強，保證了其結構穩定性。但是其擴散通道比較單一，導致其離子擴散速率較低，在室溫下小于10-9S·cm-1，遠低于LiCoO2(10-3S·cm-1)和 LiMn2O4(10-5S·cm-1)。較低的離子擴散速率和電子電導率使得材料具有較差的倍率性能，嚴重限制了它的發展。因此，選擇合適的導電材料提升磷酸鐵鋰的電導率變得至關重要。

目前常用的提升電導率的材料主要是碳材料，碳源包括葡萄糖、蔗糖、抗壞血酸、檸檬酸、以及聚多巴胺等等。包覆方法分為原位包覆和非原位包覆兩種。主要是在磷酸鐵鋰表面包覆一層碳涂層來提高磷酸鐵鋰的導電性，但是導電性提高效果與碳層的石墨化程度等因素有關，且碳層的膨脹系數很低，和磷酸鐵鋰的結合效果大多數不太理想，初期導電性能提高較好，但是充放電一定周期后，其導電性能提高的穩定性會下降，而且大電流充電條件下性能不理想，倍率性能降低。因此開發一種更為有效的提升磷酸鐵鋰導電性的方法對材料的長期使用和提高倍率性能至關重要。

發明內容

1.要解決的技術問題

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種碳量子點改性 LiFePO4正極材料的制備方法，它采用殼聚糖為碳源，對磷酸鐵鋰表面進行碳量子點修飾和改性，采用微波超聲結合水熱碳化的兩步方法在磷酸鐵鋰的表面進行碳量子點修飾，制備方法簡單，制備出的材料粒徑大小均一，分布均勻，材料具有較大的比表面積；且碳量子點對磷酸鐵鋰表面修飾能夠暴露出更多的活性位點，為鋰離子存儲提供了更多空間，同時更好的提高了磷酸鐵鋰的導電性，具有優異的倍率性能。

2.技術方案

為解決上述問題，本發明采用如下的技術方案。