[发明专利]一种碳纳米管与磷酸亚铁锂复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于锂离子电池的，特别涉及一种制备锂离子电池的磷酸亚铁锂与碳纳米管 (LiFePO₄/CNT)复合正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、良好的循环性能、无记忆效应、工作温度范围广等优点， 在电动车等大型动力电源领域有很大的应用前景。橄榄石结构的磷酸亚铁锂(LiFePO₄)正极 材料具有原材料来源丰富、价格低廉、无环境污染、容量较高(理论容量170mAh/g)等优点 成为目前应用的热点。

磷酸亚铁锂存在电子和离子电导率较低、大功率充放电时性能显著下降的缺点。目前 关于改善磷酸亚铁锂性能的方法主要有碳包覆和金属离子掺杂等。

碳纳米管是20世纪90年代发现的一种新型碳结构，它是一种中空的管状结构，管壁 为一层或多层的石墨烯卷曲而成。碳纳米管的这种结构具有优异的电子、机械、光学、热 学和储能性能，从而得到广泛关注。近年来，人们利用碳纳米管与能源材料进行复合以提升材料的电化学性能，如锂离子电池、太阳能电池等。

发明内容

本发明的目的是，提供一种LiFePO4/CNT正极材料的制备方法，制备出新型复合材料， 改善磷酸亚铁锂的性能，克服磷酸亚铁锂存在的电子和离子电导率较低、大功率充放电时 性能显著下降的缺点。

本发明的一种碳纳米管与磷酸亚铁锂复合正极材料的制备方法，具有如下步骤：

一种碳纳米管与磷酸亚铁锂复合正极材料的制备方法，具有如下步骤：

(1)按质量比1∶10∶100称取催化剂、滑石粉和磷酸亚铁锂粉末，加入到无水乙醇或蒸馏水中， 研磨搅拌或者超声混合10～60min，60～80℃烘干制得负载催化剂的磷酸亚铁锂载体；

所述催化剂为硝酸铁、二茂铁、碳酸镍、氢氧化镍、乙酸镍中的一种或者几种。

(2)将步骤(1)制得的磷酸亚铁锂载体平铺在氧化铝基片上，基片放在石英舟上，石英舟放在管式炉的石英管管首端部。通入惰性气体10～30min排除管内空气。

所述惰性气体为氩气、氮气中的一种或者两者混合。

(3)将管式炉升温至催化反应温度600～850℃，推入石英舟至炉中央，保温5～10min， 通入还原气体，用注射器将液相碳源从管式炉进气端注入，以10～15ml/h的速率注入20～40 min，在还原气氛下，停止加热随炉冷却至常温，取出管式炉内样品，得到磷酸亚铁锂与碳 纳米管复合材料。

所述液相碳源为乙醇、甲醇、环己烷、苯、甲苯中的一种或混合。

所述还原气体为氢气与氩气、氮气中的一种或者任意混合。

所述步骤(1)催化剂和磷酸亚铁锂粉末的优选质量比为1∶40。

所述步骤(3)催化反应的优选温度为750℃。

所述步骤(3)碳源优选注入速率为12ml/h，优选注入时间为30min。

本发明的有益效果是，提供了一种LiFePO₄/CNT正极材料的制备方法。该制备方法能 将磷酸亚铁锂颗粒与碳纳米管均匀复合，改善了磷酸亚铁锂的电子和离子电导率较低、大功率充放电时性能显著下降的缺点。本发明工艺简单、产物复合均匀，为锂电池提供一种 新型正极材料，具有一定的应用前景。

具体实施方式

本发明采用市售的化学纯原料，通过下面的具体实施例对本发明予以进一步说明。

实施例1

按质量比1∶10∶100称取碳酸镍、滑石粉和磷酸亚铁锂粉末，加入到无水乙醇中，研磨30min。80℃ 烘干，制得负载催化剂的磷酸亚铁锂载体。

将磷酸亚铁锂载体平铺在氧化铝基片上，基片放在石英舟上，石英舟放在管式炉的石 英管管首端部。将Ar气以150sccm速率通入半小时排除管内空气。

将管式炉升温至750℃，推入石英舟至炉中央，5min后，Ar气气流调为300sccm，15 ml/h注入环己烷，注液40min。停止加热，在氩气保护下随炉冷却至常温，取出管式炉内 样品，即为LiFePO4/CNT复合材料。

实施例2：

按1∶10∶100称取二茂铁、滑石粉和磷酸亚铁锂粉末，加入到无水乙醇 中，研磨搅拌30min。60℃烘干，制得负载催化剂的磷酸亚铁锂载体。

将磷酸亚铁锂载体平铺在氧化铝基片上，基片放在石英舟上，石英舟放在管式炉的石 英管管首端部。将Ar气以500sccm速率通入半小时排除管内空气。