[发明专利]一种CNT-C复合改性LiFePO4的微波溶剂热合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CNT-C复合改性LiFePO₄锂离子电池粉体材料的方法，特别涉及一种CNT-C复合改性LiFePO₄的微波溶剂热合成方法。

背景技术

LiFePO₄具有橄榄石结构，能可逆的嵌入和脱嵌锂离子。同时具有高能量密度，性能稳定、安全性高、环境友好以及价格更加便宜等优点。该材料理论比容量高，为170mAh/g^-1，相对于锂金属负极具有平坦而适中的放电平台(3.4V左右)，因此被认为是最具有潜力的锂离子电池正极材料。但是纯LiFePO₄存在一个由晶体结构决定的缺点：电导率小(约为10^-9S/cm)、离子扩散系数低(约为10^-11～10^-10S/cm)，导致其于大电流密度下放电的容量急剧下降，循环性能也变差，限制了LiFePO₄的应用。

近年来，许多研究者开展改善LiFePO₄性能的研究，其中包括包覆和掺杂技术。碳的添加包括碳分散和碳包覆。反复球磨能使碳较好地分散在LiFePO₄中。Jin等[Jin E M，Jin B，Jun D K，et al.A study on the electrochemical characteristics of LiFePO4 cathode for lithium polymer batteries by hydrothermal method[J].J Power Sources，2008，178(2)：801.]安n(Li)∶n(Fe)∶n(P)＝3∶1∶1将H₃PO₄和FeSO₄·7H₂O加入到1mol/L的LiOH溶液中，在150℃水热反应3h，冷却、过滤，得到LiFePO₄沉淀，清洗和干燥后，加入炭黑反复球磨并在较低温度惰性气氛下干燥，得到粒径分布在100～150nm的LiFePO₄-C颗粒，碳有效地阻止了晶体的生长。碳纳米管的导电率高，比表面积利用率大，在充放电过程中表现出良好的循环寿命。M.S.Bhuvaneswari等[Bhuvaneswari M S，Bramnik N N，Ensling D，et al.Synthesis and characterization of carbon nano fiber/LiFePO4 composites for Li-ion batteries[J].J Power Sources，2008，180(1)：553-560.]用溶胶-凝胶法制备碳纳米纤维，所得电池的比容量比用炭黑时高20mAh/g。X.L.Li等[Li X L，Kang F Y，Bai X D，et al.A novel network composite cathode of LiFePO₄/multiwalled carbon nanotubes with high rate capability for lithium ion batteries[J].Electrochem Commun，2007，9(4)：663-666.]固相混合了CNT、LiFePO₄粉体和粘结剂，所得电极的0.1C比容量比加CF时约高20mAh/g，1.0C比容量超过146mAh/g。上述方法分别用碳和碳纳米管有效的改善了粉体的电化学性能，质量比容量和循环性能都有了较大的提高，但由于CNT的不溶性和一团聚等缺点，使其不易分散，而至今LiFePO₄和CNT湿法混合的研究却很少，而用CNT和碳复合改性的研究更少。

微波溶剂热法是一种新型快速制备纳米粒子的方法，微波受热均匀，使制备粒径分布窄、形貌均一，以有机物为溶剂，晶体分散性好，反应时间更短，另外溶剂中含氧量低，进一步阻止易氧化金属离子的氧化。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种制备温度低，反应时间短，工艺操作简单，且粉体粒径均匀，能耗小的CNT-C复合改性LiFePO₄的微波溶剂热合成方法。

为达到上述目的，本发明采用的制备方法是：