[发明专利]经金属酞菁锰键合碳纳米管修饰的磷酸铁锂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种经金属酞菁锰键合碳纳米管修饰的磷酸铁锂及其制备方法，其中，制备方法为：以金属酞菁锰键合碳纳米管作为锰源和碳源，采用乙二醇溶剂热法结合高温煅烧进行制备；得到的产物可逆容量、导电性、循环稳定性等电化学性能都得到了增强，可作为锂离子电池的正极材料使用。本发明的有益之处在于：(1)使用溶剂热法，操作简单、成本较低、反应均匀，产物的形貌易于控制且颗粒粒径较小，粒子间团聚少；(2)将溶剂热法与高温煅烧结合，用金属酞菁锰键合碳纳米管对磷酸铁锂材料进行修饰，不但可防止二价铁离子氧化，而且能控制磷酸铁锂粒子的形貌和大小，同时还可提供金属源和碳源，使磷酸铁锂的电化学性能得到很大程度的提高。

技术领域

本发明涉及一种经修饰的磷酸铁锂及其制备方法，具体涉及一种经金属酞菁锰键合碳纳米管修饰的磷酸铁锂及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池作为未来电动汽车最主要的候选动力电源，自上世纪90年代问世以来，因其高能量密度、良好的循环性能及荷电保持能力被认为是高容量、大功率电池的理想之选。锂电池动力汽车就是在此基础上迅速发展起来的，而锂电池成为电动汽车发展决定性关键影响因素之一。在诸多锂电池正极材料中，LiCoO₂主导了整个可充放电锂电池市场，但Co是一种战略性资源，在全球的储量非常有限，其价格昂贵且毒性大，以LiCoO₂作为正极活性物质的锂离子电池成本偏高。所以，必须选择一种正极材料用于电池的大规模应用。

具有橄榄石型结构的LiFePO₄是目前最为安全的锂离子电池正极材料，它有诸多优点，比容量高(170mAh g^-1)，工作电压适中(3.4V vs.Li⁺/Li)，充放电平台稳定，能量密度高，耐高温，循环稳定性好，廉价易得，安全，环境友好且无毒无害。同时，这种材料也存在电导率和离子扩散率都比较低的不足，分别为10^-9～10^-10Scm^-1和10^-14cm²s^-1左右，这在很大程度上限制了LiFePO₄快速充放电时的高倍率性能。使LiFePO₄能可逆地嵌入和脱嵌锂离子，引起了研究者极大的关注。LiFePO₄的发现标志着“锂离子电池一个新时代的到来”，预示着对该类材料的深入研究及进一步改善将有望圆人类近百年纯电动汽车的梦想，为人类社会的可持续发展创造更好的条件，同时也成为近年的研究热点之一。

过渡金属具有未充满的价层轨道，电子构型中存在单电子，价态多变，具有特殊的电学性能和应用，兼具金属的导电性。金属酞菁锰类化合物独特的结构决定了它具有一些特殊的物理化学性质，有机物分解的碳可以对LiFePO₄颗粒进行有效包覆，并且可能进入LiFePO₄颗粒的内部；过渡金属酞菁类化合物同时具备含有金属粒子，环内的金属原子作为导电粒子，改善LiFePO₄颗粒的电化学性能。

碳纳米管具有典型的卷曲石墨层结构特征，管身由六边形碳环微结构单元组成，是一种具有特殊结构的一维量子材料，重量轻，具有许多异常的力学、电学和化学性能。

金属酞菁锰键合碳纳米管后不但有金属的掺杂和独特的碳修饰，还会因为碳纳米管的独特结构、强的导电性，在很大程度上提高锂离子电池正极材料的可逆容量，增强材料的导电性、循环稳定性等电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经金属酞菁锰键合碳纳米管修饰的磷酸铁锂及其制备方法，经修饰的磷酸铁锂可逆容量、导电性、循环稳定性等电化学性能都得到增强，可以作为锂离子电池的正极材料使用。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

金属酞菁锰键合碳纳米管修饰的磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，以金属酞菁锰键合碳纳米管作为锰源和独特的碳源，采用乙二醇溶剂热法结合高温煅烧进行制备。