[发明专利]LiFePO4

说明书

本发明提供了一种LiFePOsubgt;4/subgt;/CNTs复合正极材料的制备方法，包括：(1)CVD制备铁基催化剂/CNTs复合材料；(2)混合催化剂/CNTs复合材料与酸性溶液，氧气为氧化剂，得到前驱体/CNTs复合材料；(3)将前驱体/CNTs复合材料、磷源、锂源按照一定比例混合；(4)将混合材料高温固相烧结得到LiFePOsubgt;4/subgt;/CNTs复合正极材料。本发明利用加压氧化法溶解铁基催化剂，加速了反应的进行，有效减少了酸碱的用量和反应副产物的产生；利用铁基催化剂制备了分散均匀的CNTs，并且LiFePOsubgt;4/subgt;/CNTs复合正极材料继承了该特性；解决了LiFePOsubgt;4/subgt;正极材料导电性差的问题，提升了材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种LiFePO₄/CNTs复合正极材料的制备方法。

背景技术

随着环境问题和能源问题的不断凸显，传统的能源结构已经很难满足现代社会的需求。大力发展推广新能源相关产业，已经变得日益迫切。锂离子电池作为目前最重要的储能装置之一，已经被广泛应用在电动汽车、3C电子产品和储能等领域。特别是最近几年，锂离子电池在车辆工程领域的应用呈现爆炸式增长，纯电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的发展也在深刻的影响着人们的生活方式。虽然锂离子电池的应用已经十分广泛，但是其较高的制备成本和潜在的安全风险制约了锂离子电池的进一步发展。正极材料作为锂离子电池最重要的组成部分，其成本占到锂离子电池总成本的40％左右，正极材料的性能也决定了锂离子电池的性能。目前，已经得到商业化应用的锂离子电池正极材料主要包括三元材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等。

磷酸铁锂(LiFePO₄)具有典型的橄榄石型结构，理论放电比容量为170mAh/g。磷酸铁锂正极材料的热稳定性较好，用其所制备的锂离子电池的安全性也相应较好，在实际使用过程中的热失控风险较小。磷酸铁锂正极材料在充放电过程中属于两相结构的转变，因此其结构稳定性较强，循环稳定性较高。同时，制备磷酸铁锂正极材料所需要的原料来源广泛，价格低廉，对环境友好，因此磷酸铁锂相比其它锂离子电池正极材料的制备成本也相对较低。正是因为以上原因，磷酸铁锂材料在电动汽车和大规模储能领域有着广泛的应用前景。磷酸铁锂材料通常是以铁的硫酸盐和硝酸盐为原料与磷酸反应，利用碱液调节溶液pH值得到磷酸铁，再通过与锂盐混合烧结得到的。在此过程中，需要消耗大量的碱，会产生大量的副产物。因此，需要寻找新的合成方法来解决这些问题。在CN102983328A和CN110615418A公开的内容中，以铁粉为原料制备了磷酸铁锂，虽然避免了碱的使用和反应副产物的产生，但是铁粉与酸性溶液的反应时间较长，磷酸的用量较大，并不利于磷酸铁锂的实际生产过程。

磷酸铁锂正极材料的电子导电性和离子导电性较差，因此该材料在大倍率下的放电性能较差。要想实现磷酸铁锂材料的进一步应用，必须对该材料进行改性。磷酸铁锂正极材料最重要的改性手段就是与碳基材料复合，提高其电子导电性，进而提升材料的电化学性能。碳纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs)具有一维结构，可以在复合材料中构筑导电网络，是一种重要的改性复合材料。但是，在磷酸铁锂和碳纳米管的复合过程中，由于碳纳米管的分散问题，均匀制备复合材料。部分研究者提出了在磷酸铁锂材料中原位生长碳纳米管的方法(CN102427130A，CN101533904A)，但是需要引入额外的催化剂，且催化剂会留在最终的复合材料中，影响材料的电化学性能。因此，开发新的方法来制备LiFePO₄/CNTs复合正极材料显得尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种LiFePO₄/CNTs复合正极材料的制备方法，其目的是为了解决背景技术中提到的不足和缺陷。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种LiFePO₄/CNTs复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：