[发明专利]一种无需涂覆极片的磷酸铁锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磷酸铁锂材料的制备领域，特别涉及一种无需涂覆极片的磷酸铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

随着全球面临的环境污染和能源危机问题的日益加剧，绿色、高效、清洁的能源越来越受到人们的青睐，因此，储能技术特别是绿色能源的开发迫在眉睫，而镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池、燃料电池、太阳能电池等化学电源便成为绿色能源的发展方向之一。

锂离子电池作为新一代绿色电源，最有希望取代传统蓄电池用于新型电动汽车，而电动汽车需要配备大型电池，目前的锂离子电池技术不能满足此要求，主要原因之一是正极材料不能满足大功率充放电要求。

商用LiCoO₂、LiNiO₂等锂离子电池正极材料在高温下存在安全隐患，而聚阴离子型磷酸铁锂材料具有结构稳定、理论容量高、循环寿命长、环境相容性好、原材料资源丰富、价格低廉等一系列优点，特别是它的橄榄石结构更使之具备了循环性能好和稳定性高的优点，因此，其被公认为是在电动汽车领域最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。

用传统的碳热还原法和高温固相法等制备而成的磷酸铁锂正极粉末材料的电子导电率和离子传导率较低，Li⁺的扩散系数较小，不适宜大电流充放电，此外，还要解决涂覆锂离子电池正极极片时的加工工艺对性能的影响，阻碍了其在动力电池中的大规模应用。已有研究表明，通过纳米化、表面碳包覆和石墨烯、金属离子掺杂等改性方法可以提高磷酸铁锂材料的性能，但是，要成功实现商业化还要解决材料纳米化所带来的成本的提高，也有研究表明，通过静电纺丝结合溶胶凝胶技术加后续的高温烧结工艺可以制备碳包覆磷酸铁锂（LiFePO₄/C）膜材料，但是，材料的纤维的均匀性和一致性，以及成膜性都有待提高。因此，磷酸铁锂正极材料的制备技术非常关键。

Toprakci等(Ozan,Liwen Ji,Zhan Lin.196(2011):7692-7699)以LiCOOCH₃、Fe(COOCH₃)₂、H₃PO₄和PAN为原料，利用静电纺丝结合溶胶凝胶技术加后续的高温烧结制备了LiFePO₄/C正极膜材料，在0.1C下的放电容量是141mA·h/g。Toprakci等(Toprakci O.,Toprakci H.A.K.,JiL.4(1)(2012))以LiFePO₄纳米颗粒、PAN和石墨烯为原料，制备了具有较好的电化学性能的LiFePO₄/石墨烯/C正极膜材料。但是，他们没有研究CNT的加入对膜材料性能的影响，且他们制备的静电纺纤维毡以及纤维毡经过高温烧结后的微观形貌都较差，纤维的均匀性和一致性都有待提高，串珠和粗节也比较明显，他们也没有研究预氧化阶段的升温速率、保温时间和空气流动性等对材料的成膜性、加工性能和产品最终性能的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无需涂覆极片的磷酸铁锂正极材料的制备方法，该方法成本低廉，操作方法简单，制备的材料具有较好的加工性能和电化学性能，适合大规模工业生产。

本发明的一种无需涂覆极片的磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括：

按质量百分比，将0.1-0.4%的碳纳米管CNT，加入到83.6-83.9%的溶剂中，超声振荡，4-6h，搅拌15-18h，然后加入8%的LiCOOCH₃、Fe(COOCH₃)₂和H₃PO₄，磁力搅拌12-15h，加入8%的聚丙烯腈粉，磁力搅拌12-24h，得到静电纺丝用溶液，进行静电纺丝，得静电纺丝纤维毡，烘燥，高温烧结，即得纳米级别的LiFePO₄/C+CNT复合正极材料，其中LiCOOCH₃、Fe(COOCH₃)₂和H₃PO₄中Li、Fe、P的摩尔比为1:1:1。

所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF。

所述静电纺丝工艺参数为：注射器的针头内径为0.51mm，纺丝电压为23kv，针头距离接收板的距离为15cm，注射速度为0.7-1ml/h，静电纺丝环境温度为20-30°C，静电纺丝环境相对湿度为30-40%。