[发明专利]磷酸铁锂/纳米碳复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池复合电极材料领域，涉及一种磷酸铁锂/纳米碳复合正极材料的 制备方法。

背景技术

钴酸锂作为锂离子电池正极材料在移动电话、摄录像机、笔记本电脑、数码相机、媒 体播放器等便携式电子产品领域表现出优异的性能，但是，它在较高温度下容易释放出氧 气，带来严重的安全隐患。现在科学界和产业界普遍认为钴酸锂不适合作为电动汽车用高 功率、高容量锂离子电池正极材料。同时，由于钴酸锂价格昂贵，多年来铅酸电池都压倒 性占据了大部分的市场。因此，寻找低成本、高性能的正极材料是推动锂离子电池广泛应 用的需要，尤其是发展电动汽车(EV)、混合电动车(HEV)的关键。可以说，从锂离子 电池市场化到现在，科学家就一直在寻找性价比更高的正极材料。磷酸铁锂价格便宜、比 容量高、安全性能好，是理想的锂离子电池正极材料，尤其是它较高温度下的稳定性能给 高功率、高容量电池提供了安全保障，是动力电池材料的理想选择。但是磷酸铁锂电导率 低，在充放电过程中易发生极化现象，大电流高倍率下容量大幅度下降，性能不很理想。 磷酸铁锂要想真正实现应用，必须解决目前存在的这些问题。

碳纳米管是一种由石墨卷成的无缝空心管，碳原子最外层的电子通过sp²杂化和相邻 的三个碳原子形成稳定的键，剩余的一个电子形成离域大π键。因此，在碳纳米管管壁存 在大量可以自由移动的电子，并且这些自由电子分布在碳纳米管的表面，因而碳纳米管具 有优异的导电性能，是一种优良的导电剂。因此，碳纳米管作为导电剂均匀分散在磷酸铁 锂粉体内部形成的复合正极材料能有效解决磷酸铁锂电导率低的缺陷，改善其高功率充放 电性能。

已有专利200410051045.8公开用碳纳米管为导电剂和磷酸铁锂作为锂离子电池正极 材料。但是在实际使用中，这种直接用碳纳米管做导电剂的方法，碳纳米管团聚非常严重， 因为碳纳米管没有和磷酸铁锂有效充分接触，碳纳米管利用率低。专利200510021505.7 公开了使用碳纳米管作为导电剂及其极片的制作方法。锂离子电池浆料固含量非常高，粘 度大，采用这种方法很难使碳纳米管充分分散。因此，目前使用碳纳米管的方法不能充分 发挥它的优点，同时由于碳纳米管团聚严重也不得不加大原料的用量，增加了成本，降低 了复合材料的容量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种磷酸铁锂/纳米碳复合正极材料的制备方法， 在制备磷酸铁锂同时生长碳纳米管或者碳纤维时，能防止团聚现象，既降低成本，又提高 磷酸铁锂的性能。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种磷酸铁锂/纳米碳复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步聚：

1)前驱体的预处理：按以下组分和质量百分比含量称量原料：催化剂 0.2％～15％、锂盐5％～15％、铁盐40％～60％和磷酸盐25～45％；所述的催化剂为金属Fe、 Co、Ni中的一种或多种；所述的锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂和磷酸锂中的一种或 多种；所述的铁盐为草酸亚铁、三氧化二铁、四氧化三铁和磷酸铁中的一种或多种；所述 的磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸铵或磷酸氢二铵的一种或多种；将上述原料加入分散剂后在 球磨机中球磨，制得前驱体；

2)碳纳米管或碳纤维的生长：将所得的前驱体经干燥后放入气氛保护炉，然后通 入氮气或氩气，氮气或氩气流量为10～1000sccm，以0.5～30℃/分钟的速度升温至500～1200 ℃；再通入流量为10～1000sccm的碳源气体，同时关掉氮气或氩气，在500～1200℃温度下 恒温生长碳纳米管或碳纤维；

3)磷酸铁锂或掺杂磷酸铁锂的制备：恢复氮气或氩气流量，同时关掉碳源气体， 以0.5～30℃/分钟的速度将温度调整到600～850℃，恒温，然后将所得产物在氮气或氩气气 氛保护下自然冷却到室温，即制得掺杂磷酸铁锂/纳米碳复合正极材料。

步骤1)中，所述的分散剂为去离子水、无水乙醇或丙酮。

步骤2)中的恒温时间为10～300分钟；步骤3)中的恒温时间为3～36小时。

步骤2)中，所述的气氛保护炉为惰性气氛保护炉。所述惰性气氛保护炉为管式真空 炉。

步骤1)中，所述球磨机的转速为100～1000转/分钟。

步骤2)中的干燥过程为：将混合后的前驱体在50-80℃真空烘箱中干燥1～48小时。