[发明专利]一种高能量密度锂电池磷酸铁锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高能量密度锂电池磷酸铁锂正极材料及其制备方法,该制备方法包括以下步骤:(1)含锂盐聚丙烯腈纺丝溶液配制；(2)含亚铁盐聚丙烯腈纺丝溶液配制；(3)纳米纤维无纺布的静电纺丝制备：将含锂盐聚丙烯腈纺丝溶液和铁盐聚丙烯腈纺丝溶液分别注入两个纺丝注射器并摆放于纺丝设备内,静电纺丝得纳米纤维无纺布；(4)纳米纤维无纺布的碳化得磷酸铁锂碳纳米复合材料；(5)后处理：将磷酸铁锂碳纳米复合材料加入到锰盐水溶液中,分散后,进行后续一系列烘干处理,即得。有益效果为,分别配制锂盐和亚铁盐溶液，然后再通过静电纺丝将其交错均匀复合，可保证产品性能均一稳定，同时有利于原料回收；锰盐后处理,有利于能量密度提升。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料，具体来说涉及一种高能量密度锂电池磷酸铁锂正极材料及其制备方法，属于动力电池技术领域。

背景技术

21世纪人类面临着能源危机和环境污染两个严峻问题，因此清洁可再生新能源的开发与研究具有深远意义。其中，各类汽车占石油消耗量的40％左右，全球大气污染42％来自于交通车辆的排放。2010年6月1日，国家发改委等四部委联合出台《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》，确定在上海、长春、深圳、杭州、合肥5座城市启动私人购买新能源汽车补贴试点。2013年7月12日，国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，提出政府公务用车、公交车率先推广使用新能源汽车，再度强调了中央政府对新能源汽车的支持。世界各国对发展电动汽车非常重视，我国863计划中也将发展电动车列为重要发展方向。作为车载动力的动力电池的研究，成为动力汽车发展的主要瓶颈。目前动力电池主要的候选者有镍氢电池，锂离子电池和燃料电池。基于性价比的考虑，锂离子电池具有较大的优势。锂离子电池作为储能材料相比传统电池具有电压高、比容量大、循环寿命长和安全性能好的优点，被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、航空航天和军事工程等领域，具有广阔的应用前景和巨大的经济效益。

锂离子电池作为一种绿色环保的高性能二次电池，具有能量密度高、平均输出电压高、输出功率大、自放电小、充放电效率高、无记忆效应等优点，在各种便携式电子产品、通讯工具、电动汽车以及混合动力汽车中得到越来越多的应用。锂离子电池自商品化以来，正极材料的研究始终是该领域研究的热点。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，成为了新一代锂离子电池的理想正极材料。合成磷酸铁锂的常用方法有高温固相法、溶胶-凝胶法和水热法等。这几种方法虽各有优点，但也存在一些明显的缺陷。如，高温固相法合成磷酸铁锂颗粒的粒径较大，充放电性能不太理想；溶胶-凝胶法的工艺相对复杂，生产成本较高；水热法虽可控制粒径，但工业生产的难度较大。另一方面，磷酸铁锂本身导电性差，锂离子扩散慢造成电池高倍率充放电时，实际比容量低，充电速率慢，续航能力短等缺点，这些缺点也阻碍了磷酸铁锂材料的应用。

因此，十分有必要开发新的磷酸铁锂复合材料及其制备技术来提高磷酸铁锂的综合性能，促进其大规模工业化应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高能量密度锂电池磷酸铁锂正极材料的制备方法，制备的磷酸铁锂正极材料实际比容量高、导电性好、充电速率快、续航能力强。

为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高能量密度锂电池磷酸铁锂正极材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)含锂盐聚丙烯腈纺丝溶液配制：将锂盐及磷酸加入浓度为5～15wt％的聚丙烯腈的DMF溶液中，锂盐中锂与聚丙烯腈的DMF溶液的质量比为3～10:100，磷酸与聚丙烯腈的DMF溶液的质量比为0.5～1.5:100,充分搅拌后脱泡，得含锂盐聚丙烯腈纺丝溶液；

(2)含亚铁盐聚丙烯腈纺丝溶液配制：配制方法及原料用量与步骤(1)相同，仅将锂盐替换为亚铁盐，得含亚铁盐聚丙烯腈纺丝溶液；