[发明专利]一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料的制备技术领域，具体涉及一种高性能磷酸铁锂复合正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的高能蓄电池，具有能量密度高、使用寿命长、电池电压高、比容量大、安全性能较好、自放电小、无毒无污染等优点。目前已广泛应用于人们的日常生活中。橄榄石型磷酸铁锂是锂离子电池电极材料几种商业化使用的正极材料之一，相比于另一商业化材料钴酸锂，磷酸铁锂具有更好的安全性和循环性，其可逆理论比容量高为172mAh·g^-1，充放电电位为3.45V(vs.Li⁺/Li)，低于大多数电解液的分解电压，同时保证了足够高的比能量密度(高达550Wh/g)。但是由于磷酸铁锂中的Li⁺在晶体内仅沿c轴方向一维扩散，因而，磷酸铁锂的Li⁺扩散系数必然比较低。所以必须在现有技术的基础上对磷酸铁锂进行改性。

含氮碳纤维是近几年来兴起的一种新材料，该材料比表面积高，能使锂离子在电极和电解液界面有效扩散和电荷转移。同时，纳米纤维能减小锂离子的扩散距离，为锂离子快速扩散提供通道。另外，富电子的氮电负性高于碳，氮原子掺杂可以保持碳的晶格结构和孔道，由于氮原子替代部分碳的晶格位置，氮原子额外的孤对电子可以给SP²杂化的碳骨架离域体系以负电荷，从而有效地提高碳的表面极性，增强电子的传输性能及化学反应活性。碳材料中掺杂富碳电子的氮原子还可改变碳材料的能带结构，使材料的价带降低，从而增加材料费米能级上的电子密度。因此，采用含氮碳纤维改性磷酸铁锂有望突破其它包覆及导电高分子掺杂等传统手段，实现锂离子电池性能的突跃。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于克服现有方法制备的磷酸铁锂材料结构稳定性差、导电性能差、倍率充放电性能不稳定等缺陷，提供了一种新的锂离子电池正极材料的制备方法。所制得的磷酸铁锂复合正极材料具有充放电效率高、充放电反应可逆性好、结构稳定、循环性能优异、产品性价比高、制备工艺条件简单等诸多优点。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的。

一种磷酸铁锂复合正极材料的制备方法，步骤如下：

(1)将聚吡咯纤维加入到无水乙醇中，边搅拌边超声分散30分钟后，形成1mg/mL的聚吡咯纤维悬浮液，然后加入磷酸铁锂，继续搅拌超声30分钟后，喷雾干燥；将所得磷酸铁锂和聚吡咯纤维混合物在融合球化机中处理3小时；

所述聚吡咯纤维按如下方法合成：

将10g溴化十六烷基三甲胺溶于300mL的去离子水中，控制反应温度在0～5℃，向反应体系中通入氮气，然后加入20mL吡咯，搅拌30分钟后加入1mol/L的氯化铁水溶液20mL。在氮气氛围下，维持反应温度在0～5℃反应10小时，得到黑色的沉淀物，依次用1mol/L的盐酸和去离子水洗涤沉淀物直至滤液呈无色。然后将产物在50℃的烘箱内真空(真空度-0.1MPa)干燥6小时即得到聚吡咯纤维。所制备的聚吡咯纤维的扫描电镜图片见图1，其直径为60-80nm，长度为4-10μm。

所述的磷酸铁锂和聚吡咯纤维质量之比为(85％～95％)：(5％～15％)。

所述融合球化机转速3000r/min。

(2)将球化处理后的混合物在惰性气氛下从室温升温至500～700℃并保持3小时进行热处理，得到磷酸铁锂和含氮碳纤维复合材料初产品。

所述惰性气氛条件为氮气或者氩气气氛。

所述升温的速率为5℃/min。

(3)将步骤(2)得到的复合材料初产品在球磨机中球磨处理2小时，球磨机的频率为45Hz，过200目筛后，即得到所述磷酸铁锂复合正极材料。

与现有技术相比，本发明方法的优点与有益效果在于：