[发明专利]一种引入高导电性碳材料的纳米化磷酸铁材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种引入高导电性碳材料的纳米化磷酸铁材料及制备方法，所述高导电性碳材料为表面氧化处理后的碳纳米材料，碳纳米材料在纳米化磷酸铁材料中的质量浓度为0.2‑1％，碳纳米材料为无定形纳米碳黑、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中一种或两种以上，且纳米化磷酸铁材料是将高导电性碳材料与磷酸铁通过均匀沉淀法制备而成。本发明所述的方法制备磷酸铁工艺简单、可操作性强，制备出的磷酸铁其尺寸最小化可以提高表面反应活性，缩短锂离子的输运长度，极大的提高电化学性能。

技术领域

本发明属于电极材料合成技术领域，尤其是涉及一种引入高导电性碳材料的纳米化磷酸铁材料及制备方法。

背景技术

磷酸铁锂(LiFePO₄)作为新一代锂离子电池正极材料，其理论比容量为170mAh·g-1，产品实际比容量可超过140mAh/g(0.2C，25℃)，电压平台为3.4V(相对于Li/Li⁺)，具有价格低廉、热稳定好的优点，而且不含任何对人体有害的重金属元素，环保、安全性高，其还具有优越的循环性能，在100％深度放电条件下，可充放电2000次以上。因此，磷酸铁锂被认为是锂离子电池理想的正极材料。目前，磷酸铁锂的制备多采用以磷酸铁为前驱物原料，但是，晶体磷酸铁存储锂离子的能力并不十分理想，因为其晶格框架在一定程度上并不能促进锂离子的扩散，或者说缺乏足够的锂离子存储位点。而且高纯磷酸铁的电导率为40-100us/cm。为了克服这些问题，制备非晶态结构似乎是一个有效的措施，因为非晶FePO₄有许多优点，包括各向同性和无缺陷性，能为Li⁺提供大量连续的通道，在非晶态网络中，结构上对锂离子的嵌入/脱嵌过程的障碍将大大减少。然而，非晶态FePO₄的电导率较低和输运离子的性能差限制了其在高速充放电方面的应用。常见的解决方案有降低纳米尺寸、离子掺杂、制备介孔结构和使用高导电性导电剂作为FePO₄纳米颗粒的载体等。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种引入高导电性碳材料的纳米化磷酸铁材料及制备方法，以克服现有技术中的不足和缺陷。

本发明对于纳米级的电池材料，其尺寸最小化可以提高表面反应活性，缩短锂离子的输运长度，极大的提高材料的电导率和电化学性能。重要的是，增强的微混合使悬浮中的纳米粒子快速沉淀，并为构建具有功能化潜力且易于处理的纳米复合材料。

非晶态FePO₄的电导率不高和Li⁺输运性能差的缺点一定程度上限制着其应用，引入高导电性的材料如碳纳米管(CNTs)作为FePO₄纳米颗粒的载体是一种解决方案，因能在阴极中产生高导电网络。将α-FePO₄引入制备好的高导电性材料，需要保证二者的均匀分散，但由于α-FePO₄的用量相对于高导电材料来说通常是有限的，这在一定程度上影响实际所需的能量密度；同时，控制好附着在导电材料上的α-FePO₄的化学纯度制备出高纯度和高分散性的非晶FePO₄纳米材料。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种引入高导电性碳材料的纳米化磷酸铁材料，所述高导电性碳材料为表面氧化处理后的碳纳米材料，碳纳米材料在纳米化磷酸铁材料中的质量浓度为0.2-1％，碳纳米材料为无定形纳米碳黑、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中一种或两种以上，且纳米化磷酸铁材料是将高导电性碳材料与磷酸铁通过均匀沉淀法制备而成。

所述碳纳米材料的质量浓度为0.2-1％；例如0.2％、0.3％、0.5％、0.7％、0.85％、1.0％，如果碳纳米材料含量过高会导致所制备的材料出现电导率下降，首容量降低的现象，如果碳纳米材料含量过低达不到本发明的效果。