[发明专利]一种磷酸铁锂正极材料的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锂正极材料的制备方法。

【背景技术】

LiFePO₄能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子，具有原材料来源丰富、比容量高、循环寿命长、安全无毒、环境友好等特点，并且还有3.5V(vs.Li/Li⁺)电位和较长的电压平台，被认为是新能源动力电池的理想正极材料。然而，LiFePO₄的电导率不高，Li⁺离子扩散系数较低，导致LiFePO₄高倍率充放电性能不佳，严重影响了LiFePO₄电池在商业上的使用和推广。

碳纳米管作为一种优良的导电剂材料，由于其良好的导电性能、较好的Li⁺离子的传输性能、独特的一维管状结构以及化学惰性，对改善电池容量发挥、高倍率充放电以及循环性能等具有重要的意义。而碳纳米管在工艺生产的过程中，多采用物理掺杂混合的方式来提高磷酸铁锂的导电率，由于碳纳米管比表面积大、活性高，容易团聚成簇，这就使得碳纳米管并没有完全发挥其导电性能。生产实践表明，没有分散开的碳纳米管并没有带来大规模的导电性能的改善，并且与导电石墨等导电剂相比较而言，也并没有出现大幅度提升LiFePO₄的倍率性能。

鉴于此，实有必要提供一种新型的磷酸铁锂正极材料的制备方法以克服以上缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种有效提高碳纳米管的利用效率、改善碳纳米管的分散程度且提高大倍率充放电流的磷酸铁锂正极材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：配置一定浓度的高分子溶液，向高分子溶液中加入碳材料并进行超声分散，再加入一定量的金属化合物，高速搅拌至溶解，再缓慢滴加一定浓度的硼氢化钠溶液，高速搅拌，反应数小时后离心分离，洗涤干燥得到碳载金属材料；步骤二：取步骤一得到的碳载金属材料溶于水中，添加一定物质的量比的锂源、磷源及铁源，混合搅拌均匀后，注入反应釜中，高温反应数小时，过滤、洗涤、干燥，得到金属修饰的碳载磷酸铁锂；步骤三：将步骤二得到的金属修饰的碳载磷酸铁锂置于管式炉中煅烧及焙烧，研磨得到最终产物。

在一个优选实施方式中，所述步骤一制得的碳载金属材料中金属材料的质量分数为3％-8％。

在一个优选实施方式中，所述步骤一的高分子溶液的浓度为1％-5％。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中的高分子溶液中的高分子活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中的碳材料为球状石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中的金属化合物为硝酸银、硝酸钴、醋酸锰、氯化钯、氯化铂中的一种或多种。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中硼氢化钠溶液的硼氢化钠的质量分数为2％。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中锂源、磷源及铁源的物质的量之比为0.19：0.063：0.063。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中高温反应的反应温度为240℃，反应时间为4h；所述步骤二中的干燥条件为60℃真空干燥。

在一个优选实施方式中，所述步骤三中的煅烧温度为650℃，煅烧时间为5h；所述步骤三中的焙烧温度为800℃，煅烧时间为6h。

相比于现有技术，本发明提供的磷酸铁锂正极材料的制备方法，通过在碳纳米管表面原位沉积纳米金属材料以后再水热法结合磷酸铁锂，一方面，碳纳米管负载的纳米金属颗粒有利于减小碳纳米管分子间作用力、拉开碳纳米管分子间距离，更有利于碳纳米管的打浆分散；另一方面，纳米金属材料的加入还有助于提升碳纳米管的导电性能，对碳纳米管导电网络结构中的电子导通有着积极的影响；并且，碳载纳米金属材料的加入有助于活化磷酸铁锂，通过水热合成的磷酸铁锂沉积在碳载金属材料上面，不仅有利于控制晶体的粒径与形貌，并且活化了磷酸铁锂的晶格，对磷酸铁锂的容量发挥有推动作用，促进了电子传导与Li⁺离子的传输扩散，有益于提高磷酸铁锂材料的倍率性能与循环性能。

【附图说明】

图1a与图1b为未经过处理的碳纳米管的SEM图；

图2c与图2d为本发明实施例1中碳纳米管载纳米银颗粒的SEM图；

图3e与图3f为本发明实施例1中银修饰的碳纳米管载磷酸铁锂的SEM图；