[发明专利]碳纤维改性锂离子电池正极磷酸铁锂材料、正极、锂电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及锂离子电池的制造方法，特别涉及一种制备碳纤维改性锂离子电池正极磷酸铁锂材料的方法，还涉及使用该方法得到的磷酸铁锂材料，以及用该磷酸铁锂材料制得的锂离子电池正极和锂离子电池。

背景技术

磷酸铁锂材料以其安全性和循环性能好、环境友好、价格便宜等优点，与三元材料共同承担了动力型电池和通讯电源的正极材料。但与三元材料相比，磷酸铁锂材料由于自身的较低的离子和电子导电性使得该类电源的倍率性能和低温性能不理想。因此通过简单经济而有效的方式对磷酸铁锂进行包覆或掺杂改性进而提高其导电性具有十分重要的意义和价值。

目前对磷酸铁锂进行改性的方法有材料纳米化、金属离子掺杂、碳掺杂和碳包覆等。其中材料纳米化改性通过缩短Li⁺的扩散路径提高了材料的倍率性能，但减小材料粒径会导致振实密度的降低，因此势必会影响电极的加工性能和能量密度。金属离子掺杂是通过使用Mo⁶⁺、Ce²⁺、Ti⁴⁺等金属离子取代LiFePO₄中的Fe²⁺，利用产生的晶格缺陷提高材料的导电性，同时不会对材料的结构和其他性能产生不良影响，但是Mo⁶⁺、Ce²⁺、Ti⁴⁺等金属离子价格高，从而提升了电源的制造成本，因此该方法在实际应用中受到限制。碳包覆和碳掺杂改性磷酸铁锂是研究比较早，技术比较成熟且综合性能较好的两种方法，碳掺杂改性尤其是热还原法进行的碳掺杂改性通过向磷酸铁锂颗粒中引入导电性良好的C元素，使得材料的导电性得到了显著的提升，同时碳掺杂相对于金属离子掺杂和材料纳米化而言具有成本低、工艺简单、提高倍率和低温性能的同时不会对其他如循环性能造成影响。

尽管上述对于磷酸铁锂的改性已经取得了一定的成效，但改性过程复杂，步骤多，工艺难度大，成本高，因此需要技术开发人员重新开发一款新型的制备方法，同时在新开发的制备方法的基础上，制备新型的电磁正极材料及锂离子电池。

发明内容

本发明针对现有技术对磷酸铁锂改性过程难度大，工艺复杂，对设备要求高的缺点，提供了一种制备碳纤维改性锂离子电池正极磷酸铁锂材料的方法以及应用该方法得到的磷酸铁锂材料，以及由上述的磷酸铁锂材料制得的锂离子电池正极和相应的锂离子电池。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

一种制备碳纤维改性锂离子电池正极磷酸铁锂材料的方法，包括以下具体步骤：

冷冻步骤：将纤维素冷冻；

混合步骤：将冷冻的纤维素和磷酸铁、碳酸锂混合；

加热步骤：将混合后的纤维素和磷酸铁、碳酸锂加热得到用于制备正极的磷酸铁锂材料。

进一步地，作为一种可选的方案，在本申请的实施例中，所述纤维素为细菌纤维素。

进一步地，作为一种可选的方案，在本申请的实施例中，还包括以下步骤：

磷酸铁制备步骤：将硫酸铁盐和磷酸铵盐溶解后，调整pH值小于4，加入氧化剂反应后过滤干燥得到用于和冷冻的纤维素混合的磷酸铁。

进一步地，作为一种可选的方案，在本申请的实施例中，所述混合步骤还包括：在磷酸铁和纤维素混合的过程中加入碳酸锂后加热。

进一步地，作为一种可选的方案，在本申请的实施例中，还包括以下具体步骤：先将磷酸铁和碳酸锂混合均匀，加入纤维素继续混合得到三者的均匀混合物。

进一步地，作为一种可选的方案，在本申请的实施例中，所述冷冻步骤还包括：将冷冻后的纤维素进行粉碎。

进一步地，作为一种可选的方案，在本申请的实施例中，所述冷冻步骤还包括：先将纤维素用水浸泡后过滤，将过滤后的纤维素冷冻直至形成冰晶；将形成冰晶的纤维素干燥后进行粉碎。

此外，本申请还公开了使用上述制备方法得到的材料：

一种碳纤维改性锂离子电池正极磷酸铁锂材料，包括经过冷冻后的纤维素和磷酸铁、碳酸锂混合后经过加热处理的混合物。

一种应用碳纤维改性锂离子电池正极磷酸铁锂材料制备得到的锂离子电池正极，包括将经过冷冻后的纤维素和磷酸铁、碳酸锂混合后经过加热处理的混合物和粘结剂、炭黑以及分散剂混合后涂布到金属箔上得到的锂离子电池正极材料。

一种包含应用上述碳纤维改性锂离子电池正极磷酸铁锂材料制备得到的锂离子电池正极得到的锂离子电池。

本发明具有以下的显著技术效果：