[发明专利]一种氮掺杂碳纳米管/稀土金属离子掺杂磷酸铁锂复合型正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮掺杂碳纳米管/稀土金属离子掺杂磷酸铁锂复合型正极材料及其制备方法,应用于锂离子电池领域。该材料的制备方法为：将水合肼和碳纳米管混合后进行回流、抽滤、冷冻干燥制备氮掺杂碳纳米管；以氢氧化锂、磷酸铁、草酸、葡萄糖、稀土金属氧化物为原料，制备稀土金属离子掺杂磷酸铁锂；最后将氮掺杂碳纳米管、稀土金属离子掺杂磷酸铁锂加入至分散液中进行分散、球磨制备得到最终产物。本发明制备得的氮掺杂碳纳米管/稀土金属离子掺杂磷酸铁锂复合型正极材料相比于传统磷酸铁锂具有较优异的倍率充放电性能。

技术领域

本发明锂离子电池技术领域，具体涉及一种氮掺杂碳纳米管/稀土金属离子掺杂磷酸铁锂复合型正极材料及其制备方法。

背景技术

随着新能源汽车与UPS电源储能行业的快速发展，极大的刺激了锂电池的需求。锂离子电池相较于传统电池充电更快，更高的功率密度可实现更长的电池使用时间；相比于三元材料电池安全性更高。锂离子电池的成本及性能主要受其正极材料影响，因此低成本、环保、高比能量、高循环特性的橄榄石型磷酸铁锂颇受关注，同时相对较高的安全性能：具有穿刺不爆炸，过充时不容易燃烧和爆炸。但磷酸铁锂受其自身结构的影响其离子迁移率偏低，进而影响循环容量及电池的倍率充放电性能。

目前提高磷酸铁锂导电性能及Li+在其内部的扩散速率的方式主要是改性，改性的方法包括掺杂导电碳或在磷酸铁锂颗粒表面包覆碳、金属包覆、金属离子掺杂和粒径控制等。但是现有的改性方法对最终产品的性能改善仍有局限，如何进一步提升磷酸铁锂材料的性能是亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮掺杂碳纳米管/稀土金属离子掺杂磷酸铁锂复合型正极材料及其制备方法，对碳纳米管进行氮掺杂不仅可以改善其亲水性而且氮掺杂原子能够改变碳纳米管局部电荷密度，提高其的电子传递性，降低电阻系数；同时氮掺杂引入的含氮官能团可明显提高碳纳米管电化学电容器的比容量；通过将氮掺杂碳纳米管和稀土金属离子同时引入至磷酸铁锂材料中，利用它们产生的协同效应制备性能更加优异的产品。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种氮掺杂碳纳米管/稀土金属离子掺杂磷酸铁锂复合型正极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将水合肼和碳纳米管分散在去离子水中得到混合物，对混合物进行加热使其回流反应5-7h后，抽滤分离得到固体，固体依次经过水洗、冷冻干燥后得到氮掺杂碳纳米管；水合肼为高含氮有机物，在实现有效氮掺杂同时，不破坏其本征结构和形貌；

(2)制备稀土金属离子掺杂磷酸铁锂，然后将稀土金属离子掺杂磷酸铁锂与氮掺杂碳纳米管同时加入至分散液中进行超声分散，将超声分散后的物料加入至球磨罐中进行球磨处理，球磨处理得到的物料经过干燥、冷却至室温后即得到氮掺杂碳纳米管/稀土金属离子掺杂磷酸铁锂复合型正极材料。

作为优选的技术方案，步骤(1)中，水合肼、碳纳米管、去离子水的质量比为0.5-2:500-2000:200。