[发明专利]一种用酵母菌制备均匀碳包覆的LiFePO4纳米复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种用酵母菌制备均匀碳包覆的LiFePO₄纳米复合材料的方法，将酵母菌作为模板剂和碳源，按比例称取原料，将FeCl₂·4H₂O溶于去离子水中，然后加入培养后的酵母菌细胞，磁力搅拌后依次加入NH₄H₂PO₄、LiOH·H₂O和适量的一水合柠檬酸，所得溶液在水浴锅中搅拌形成溶胶，将溶胶干燥后得到凝胶。所得凝胶研磨后在惰性气氛下烧结得到碳包覆的LiFePO₄纳米材料。

技术领域

本发明涉及一种用酵母菌制备均匀碳包覆的LiFePO₄纳米复合材料的方法。具体涉及生物矿化组装和溶胶凝胶法，并将二者合理结合，当酵母菌用量一定时，通过具体调控烧结温度，制备高性能碳包覆的LiFePO₄纳米复合材料。

背景技术

LiFePO₄由于其结构稳定、热稳定性好、价格低廉、环境友好等优点，是很有应用前景的锂离子电池正极材料之一，但是LiFePO₄在合成过程中存在以下几个问题：(1)Fe²⁺容易被氧化成Fe³⁺；(2)电子电导率低；(3)Li⁺扩散系数低。目前，LiFePO₄的低电导率一直困扰着其应用推广，改善其电化学性能的迫切任务是提高其电导率，而提高LiFePO₄的电导率的方法主要有：碳包覆，纳米化，离子掺杂等手段。掺杂是提高材料电导率的常用手段，但是LiFePO₄的掺杂一直以来饱受争议。因此，表面包覆成为提高材料电导率的一种有效手段，尤其是碳包覆改善LiFePO₄材料低电导率的不利影响，加快了材料的工业化应用的脚步。目前国内外制备LiFePO₄/C复合材料的常用方法是将有机碳源或无机碳源(碳纳米管和石墨烯等)与LiFePO₄材料复合。该方法一般是将已制备的LiFePO₄材料和碳源均匀混合，在惰性氛围中高温烧结形成碳包覆层，其工艺特点是设备投资大、反应过程复杂、反应周期长、消耗能量多、难批量生产、包覆效果不理想。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用酵母菌制备均匀碳包覆的LiFePO₄纳米材料的方法，简化实验过程，缩短反应时间，节约能源，降低成本。

本发明一种用酵母菌制备均匀碳包覆的LiFePO₄纳米复合材料的方法，采用酵母菌作为生物模版制备均匀碳包覆的LiFePO₄纳米材料。为达到上述目的，本发明采用如下步骤：

(1)将干酵母粉和葡萄糖溶于纯净水中,离心洗涤后得到纯净的酵母菌细胞；

(2)将Fe²⁺、Li⁺、PO₄^3-按比例称取，将FeCl₂·4H₂O溶于去离子水中；

(3)FeCl₂·4H₂O溶液加入培养后的酵母菌细胞，磁力搅拌，使FeCl₂·4H₂O溶液中的阳离子Fe²⁺被充分吸附到酵母菌细胞上；依次加入LiOH·H₂O，NH₄H₂PO₄和柠檬酸，得到带沉积物的溶液，柠檬酸原子摩尔数为Fe²⁺、Li⁺摩尔数之和，剧烈搅拌(3000转/分钟)，水浴或油浴，直到变为湿凝胶。

(4)将湿凝胶干燥得到干凝胶，所得干凝胶研磨后在惰性气氛下烧结，烧结得到碳包覆的LiFePO₄纳米复合材料，最终得到的产品是以黑粉或球团的形式生产。