[发明专利]一种碳包裹锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包裹锂离子电池正极材料及其制备方法，采用水热方法合成LiFePO₄材料，配制多巴胺碱性缓冲溶液，加入LiFePO₄材料，充分搅拌后离心分离、洗涤、干燥后得多巴胺包覆的LiFePO₄材料；将聚丙烯腈在DMF溶液中溶解，加入多巴胺包覆的LiFePO₄材料，充分搅拌形成电纺原液，经静电纺丝得碳包裹锂离子电池正极材料前驱体，在空气气氛中进行预氧化，待冷却至室温后在氩气气氛下进行煅烧，得碳包裹锂离子电池正极材料。本发明通过形貌调控或碳复合方式有效缓冲储锂过程中电极的体积膨胀,而且具有连续的电子传递和较短的离子传输路径,从而改善锂离子传输动力学,以提高电池倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种碳包裹锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池正极材料是决定电池电化学性能、安全性能、能量密度以及价格成本的的关键因素。目前,锂离子电池正极材料有很多，但是从安全和成本方面考虑，磷酸铁锂正极材料是优选。磷酸铁锂(LiFePO₄)其理论可逆比容量较高(170mAh/g)左右，同时又具备资源丰富、制备相对污染性小、安全性能好、循环稳定性好等优势，是目前较为理想的动力形和储能形锂离子电池正极材料。被广泛应用于各种可移动电源领域，尤其是电动车所需的大型动力电源领域。

但磷酸铁锂材料存在较低的锂离子扩散系数和电导率，因此磷酸铁锂作为倍率型电池电极材料时容量与寿命发挥上受到限制，特别是在低温环境下，磷酸铁锂的充放电性能大打折扣。这些自身结构的限制，导致磷酸铁锂的离子传导率和电子传导率均较低，只适合在小电流密度下进行充放电，高倍率充放电时比容量降低，这限制了该材料的应用。现有技术主要通过减少LiFePO₄颗粒的尺寸、金属离子掺杂和高温掺碳等途径有效提高磷酸铁锂的电化学性能，其中，掺碳被认为是最有效且可以实现工业化应用的磷酸铁锂改性方法。

静电纺丝是制备一维纳米、微米级材料的方法，由于其成本低、方法简单、技术成熟，因而被广泛应用到很多领域，但在锂离子电池正极材料应用比较少，

碳包裹锂离子电池正极材料还未有报道。

发明内容

针对现有技术中存在的磷酸铁锂材料高倍率充放电比容量降低的问题，本发明提供了一种碳包裹锂离子电池正极材料及其制备方法，通过形貌调控或碳复合方式有效缓冲储锂过程中电极的体积膨胀, 而且具有连续的电子传递和较短的离子传输路径, 从而改善锂离子传输动力学, 以提高电池倍率性能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种碳包裹锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用水热方法合成LiFePO₄材料；

（2）配制多巴胺碱性缓冲溶液，加入步骤（1）中制备的LiFePO₄材料，充分搅拌后离心分离、洗涤、干燥后得多巴胺包覆的LiFePO₄材料；

（3）将聚丙烯腈在DMF溶液中溶解，加入步骤（2）中制备的多巴胺包覆的LiFePO₄材料，充分搅拌形成电纺原液，经静电纺丝得碳包裹锂离子电池正极材料前驱体；

（4）步骤（3）中的碳包裹锂离子电池正极材料前驱体在空气气氛中进行预氧化，待冷却至室温后在氩气气氛下进行煅烧，得碳包裹锂离子电池正极材料。

进一步地，步骤（4）中所述的预氧化温度为300℃，升温速率为5℃/min，预氧化时间为3h；煅烧温度为700~800℃，升温速率为5℃/min，时间为2h。

进一步地，步骤（2）中多巴胺缓冲溶液为Tris-盐酸多巴胺缓冲溶液， pH值为8.5，盐酸多巴胺与LiFePO₄材料的质量比为1：10。