[发明专利]一种水热法制备锂离子电池liFePO4/CNTs复合正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池制备技术领域，尤其是一种水热法制备锂离子电池liFePO₄/CNTs复合正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池是目前发展最快亦最受重视的新型高能蓄电池，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等便携式电子产品，但如何进一步提高其容量、功率和安全性，以及进一步降低其成本，并将其应用在电动汽车以及储能电站等是大型用电设备领域的难题之一。

现有的正极材料中，磷酸亚铁锂材料因其卓越的安全性能、循环性能，是目前电动汽车等用动力电池的首选材料。

但是，LiFePO₄(行业中有磷酸亚铁锂、磷酸铁锂两种提法)正极材料有低电子导电率(10-10S/cm)和Li⁺穿过两相界面缓慢离子扩散的缺点，导致其电子导电率和离子导电率比较差。这大大限制了liFePO₄正极材料在实际锂离子电池中的应用。

因此，人们提出了许多办法对LiFePO₄进行改性，提高其导电性，主要有纳米化、碳包覆，制备复合材料等，但仍未能完全解决。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种水热法制备锂离子电池liFePO₄/CNTs复合正极材料的方法，本发明基于在活性物质中形成分布均匀的导电网络，来提高材料的导电能力，为此，本发明利用CNTs(碳纳米管)的良好电子与离子传输通道，提出了liFePO₄/CNTs复合正极材料的制备方法，本发明通过将碳纳米管分散化，形成均匀分散的碳纳米管溶液，作为合成liFePO₄的溶液；然后，加入合成liFePO₄的原材料在碳纳米管分散的溶液中，让liFePO₄在碳纳米管分散液中合成，最后得到高度分散的碳纳米管网络中充满liFePO₄材料，形成性能优良的liFePO₄/CNTs复合正极材料。

本发明的技术方案为：一种水热法制备锂离子电池liFePO₄/CNTs复合正极材料的方法，包括以下步骤：

S1)、将CNTs加入一定体积比的硫酸与硝酸的混合溶液中，在40℃下搅拌回流8小时，用去离子水洗涤至中性后过滤、干燥，得到纯化和具有羟基(-OH)和羧基(-COOH)表面活性基团的碳纳米管，从而改善CNTs的亲水性、以及分散性；

S2)、将壳聚糖(CS)溶于质量分数为1％的乙酸溶液中，超声30分钟，加入以上纯化的CNTs，磁力搅拌2小时，离心分离，然后用质量分数为1％的乙酸溶液洗去未反应的壳聚糖，在40℃真空干燥8小时，由于碳纳米管上的羧基与聚阳离子壳聚糖产生静电吸附作用，得到具有强大界面结合力的CNTs/CS产物；

S3)、将上述的CNTs/CS产物分散到体积比为1：1的乙醇与水的混合溶液中，机械搅拌30分钟后，再超声搅拌20分钟，从而得到CNTs分散均匀的悬浊液；

S4)、在上述悬浊液中加入适量的LiOH·H₂O，搅拌至LiOH·H₂O完全溶解，然后加入适量的FeSO₄·7H₂O和NH₄H₂PO₄，充分搅拌均匀，得到糊状溶液；

S5)、将以上糊状溶液倒入水热反应釜中，在温度为160℃条件下保温反应12小时，冷却至室温，得到反应产物，然后将反应产物用蒸馏水洗涤后干燥、研磨至均匀粉末得到LiFEPO₄/CNTs复合正极材料产品。

上述技术方案中，步骤S1)中，所述的硫酸与硝酸体积比为3：1

上述技术方案中，步骤S2)中，加入的壳聚糖与CNTs的质量比为：2:1。

上述技术方案中，步骤S3)中，所述的LiOH·H₂O、NH₄H₂PO₄、FeSO₄·7H₂O按照化学计量比为Li：P：Fe＝3:1:1的比例称取。

本发明的有益效果为：

1)本发明通过使用硫酸和硝酸的混合溶液和壳聚糖(CS)处理碳纳米管(CNTs)，增加碳纳米管的表面活性基团的碳纳米管，改善亲水性、使碳纳米管更容易分散；