[發明專利]一種碳納米管/磷酸鐵鋰復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202111084165.8
• 申請日: 2021-09-14
• 公開（公告）號: CN113991072A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 王昊;謝正偉;趙宇飛;汪灃;王國冬
• 申請（專利權）人: 陜西創普斯新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62
• 代理公司: 西安泛想力專利代理事務所(普通合伙) 61260
• 代理人: 石琳丹

本申請公開了一種碳納米管/磷酸鐵鋰復合材料及其制備方法和應用，所述碳納米管/磷酸鐵鋰復合材料包括碳納米管和磷酸鐵鋰；所述磷酸鐵鋰原位生長在所述碳納米管表面；所述磷酸鐵鋰外包覆有碳。本申請復合材料中，磷酸鐵鋰在碳納米管上原位生長，一體化自主裝成型。碳納米管作用于磷酸鐵鋰顆粒內部，形成三維協同導電網絡，有效提升材料的導電性。基于此磷酸鐵鐵鋰正極材料制備而成的鋰離子電池，在勻漿階段可免于加入導電劑，在保證鋰離子電池容量和倍率等電化學性能同時，降低材料極片的加工難度和加工成本。

技術領域

本申請涉及一種碳納米管/磷酸鐵鋰復合材料及其制備方法和應用，屬于電池材料技術領域。

背景技術

磷酸鐵鋰具有容量高、充放電電壓平穩、價格低廉、安全性好、熱穩定性好、對環境無污染等優點，是最有潛力的動力電池正極材料之一。但磷酸鐵鋰具有兩個最為明顯的缺點：一是電子導電率低，限制了其高倍率的應用；二是振實密度低，導致了其體積比容量低。因此磷酸鐵鋰作為鋰離子二次電池正極材料使用時，人們通常會添加一些導電劑，如導電炭黑或導電石墨來改善磷酸鐵鋰的導電性，但是使用導電劑很難從根本上解決磷酸鐵鋰導電性差的問題。而碳納米管是1991年才被發現的一種新型碳結構，是由碳原子形成的石墨烯片層卷成的管體。由于直徑很小、長徑比大，碳納米管被視為準一維納米材料，已經證實碳納米管具有奇特的電學性能，是一種非常優良的導電劑，將碳納米管用于鋰電池正極材料的應用受到關注。

中國專利CN201210362581.4公開了一種自組裝紡錘體形納米結構磷酸鐵鋰的制備方法，通過水熱的方法制備具有紡錘體形貌的磷酸鐵鋰正極材料，從而提升材料的電化學性能。但是其方案中鐵源使用的是硫酸亞鐵，硫酸亞鐵在磷酸鐵鋰水熱合成過程中會在材料晶格內引入大量硫酸根離子，造成雜質含量高等問題。中國專利CN201811423517.6公開了一種碳納米管骨架的磷酸鐵鋰電池正極材料的制備方法，采用碳納米管復合磷酸鐵鋰，但使用螺桿擠塑機和冷凍干燥機，這兩款設備不利于大規模生產。中國專利CN201110070082.3、CN201710326942.2均采用CVD技術形成碳納米管包覆磷酸鐵鋰的復合正極材料，導電網絡無法達到磷酸鐵鋰顆粒內部，導致電池電化學性能不足。

因此，有必要開發一種電化學性能更高的碳納米管/磷酸鐵鋰復合材料。

發明內容

為了克服現有技術存在的上述缺陷，本申請的一個方面，提供了一種碳納米管/磷酸鐵鋰復合材料，該復合材料用作鋰電池正極，能夠有效提高電池的電化學性能。

所述碳納米管/磷酸鐵鋰復合材料包括碳納米管和磷酸鐵鋰；

所述磷酸鐵鋰原位生長在所述碳納米管表面，所述碳納米管在所述磷酸鐵鋰內部形成三維協同導電網絡；

所述磷酸鐵鋰外包覆有碳。

本申請中，磷酸鐵鋰在碳納米管上原位生長，一體化自主裝成型。碳納米管作用于磷酸鐵鋰顆粒內部，形成三維協同導電網絡，能夠有效提升材料的導電性。

可選地，所述復合材料的微觀尺寸粒度D50為0.8～1.2μm；

其中，所述磷酸鐵鋰的粒徑D50為100～300nm。

可選地，所述復合材料中，磷酸鐵鋰的含量為90～99.5wt％，碳納米管的含量為0.5～4wt％，余量為碳。

所述碳納米管選自單壁碳納米管或多壁碳納米管。

優選地，所述碳納米管為酸改性碳納米管。

根據本申請的又一個方面，提供了上述碳納米管/磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，所述方法至少包括以下步驟：

步驟1、將鐵源與酸性溶液進行反應，得到溶液A；

步驟2、將含有活化碳納米管的混合物I分散到所述溶液A中，得到混合物II；