[发明专利]一种锂离子电池用磷酸铁锂和碳纳米管复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用复合材料的制备方法，尤其涉及一种锂离子电池用磷酸铁锂和碳纳米管复合材料、及其制备方法。 

背景技术

锂离子电池作为一种新型的二次电池，具有比容量高、电压高、安全性好的特点，广泛应用于电动汽车、移动电话、笔记本电脑的驱动电源。正极材料时锂离子电池中的关键材料，其中LiFePO₄以其在锂的脱出和嵌入过程中无体积变化，高温下充放电不释出活性氧，具有优良的循环性和安全性，逐渐的成为当下最热门的锂离子电池正极材料之一。 

但是目前在生产的磷酸铁锂的过程中存在两个明显的缺点：一是振实密度低，其理论振实密度在3.6g/cm3，实际振实密度只有1g/cm3左右，还不到LiCoO₂振实密度的一半；二是电导率低，高倍率充放电时极化大，实际比容量低；因此提高磷酸铁锂振实密度和导电性能已成为其实用化必须解决的技术难题。为了克服上述缺陷，科研人员开展了众多研究，比如碳包覆和合金化，但是其效果较有限。 

经研究发现合成LiFePO₄/C复合材料可有效的增加LiFePO₄的电子电导率和离子扩散速率。目前已公开的文献资料中，主要通过在LiFePO₄表面包覆一层无定形碳来提高LiFePO₄的电导率及离子扩散速率。而碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，较普通的无定形碳而言，其具有许多异常的力学、电学和化学性能。在LiFePO₄表面包覆一层碳纳米管可显著的改善LiFePO₄的电导率及离子扩散速率。 但是，碳纳米管的包覆结构及均匀性直接影响了LiFePO₄的电导率及离子扩散速率的改善效果。 

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池用磷酸铁锂和碳纳米管复合材料的制备方法，使用该方法制备的用磷酸铁锂和碳纳米管复合材料的碳纳米管包覆均匀、结构稳定，使得使用该材料的锂离子电池具有高比容量、充放电性能好、优异循环稳定性、使用寿命长等特点。 

为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池用磷酸铁锂和碳纳米管复合材料的制备方法包括如下步骤： 

步骤1，配料

称取以下原料，各组分的含量以原料组分的摩尔数之和为总量计：10-15%的氯化亚铁、6-12%的磷酸钠、10-25%的醋酸锂、5-10%的还原剂、5-10%的催化剂、15-30%的硬脂酸钠和20-35%的碳纳米管；

步骤2，配制混合液

将所述醋酸锂和磷酸钠容于所述乙二醇和蒸馏水组成混合溶剂中，配制成总摩尔浓度为1-2mol/L的溶液，其中乙二醇和蒸馏水的体积比为1:2-3，然后进行超声波分散溶解，依次加入氯化亚铁、还原剂和催化剂，然后进行超声波分散溶解，从而得到总摩尔浓度为2-3mol/L的混合液；

步骤3，制备磷酸铁锂/碳纳米管前驱体

将硬脂酸钠加入到上述混合液中，然后进行超声波分散溶解，加入碳纳米管，通过超声波分散溶解使其充分混合，然后200-250℃下反应4-8h，反应后冷却至室温，将生成物过滤，交替用去离子水和乙醇反复洗涤，最后得到粉末，将所述粉末在45-50℃下干燥10-12h，得到磷酸铁锂/碳纳米管前驱体； 

步骤4，烧结

第一次烧结：将磷酸铁锂/碳纳米管前驱体中加入到浓度大于或等于85%乙醇分散剂中，并研磨1-2小时，加入占前驱体重量20-30%的蔗糖后继续研磨2-4小时，然后在110-130℃无氧条件下进行干燥；

第二次烧结：将干燥后制得的物料进行第二次烧结，烧结的温度设定在300℃-350℃；

第三次烧结：将第二次烧结后制得的物料进行第三次烧结，烧结的温度设定在650-730℃，得到碳包覆完整的磷酸铁锂。

其中，所述还原剂优选为草酸。 

其中，所述催化剂优选为二茂铁。 

本发明第二个目的是提供一种上述任意方法制备的锂离子电池用磷酸铁锂和碳纳米管复合材料。 

本发明制备的锂离子电池正极材料，由于在磷酸铁锂上均匀包覆了碳，并且包覆结构完整，具有良好的导电性能，因此在具有高比容量的同时，充放电性能好，具有良好的循环稳定性，用于锂离子电池时，比容量高，循环稳定性好，使用寿命长。 

具体实施方式

实施例一

配料