[发明专利]一种碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料

说明书

技术领域

本发明属于电极材料领域，特别是涉及一种碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料。

背景技术

锂离子电池具有电压高、无记忆效应、能量密度高及循环性能良好等特点，已广泛用于移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等便携式电子设备中。锂离子电池的正极材料的性能决定了锂离子电池的性能。目前，传统的锂离子电池正极材料包括钴酸锂（LiCoO₂）、镍酸锂（LiNiO₂）和锰酸锂（LiMnO₂），由于钴有毒且钴资源有限、镍酸锂制备困难、锰酸锂的循环性能和高温性能差。因此，这些锂离子电池正极材料无法满足锂离子电池向比容量高、寿命长、成本低和环境兼容方面发展的要求。

橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFeP0₄)正极材料是目前业内普遍使用的正极材料，这是因为该材料具有来源丰富、价格低廉、无环境污染、容量较高、稳定性好、安全可靠等优点。但是与上述传统材料相比，磷酸铁锂正极材料的电子电导率和离子扩散速率极低，因而在高电流密度下充放电容量很低，只能在极小电流下进行充放电，这就大大限制了其在实际中的应用。因此，如何提高磷酸铁锂的电子电导率是当前业内亟待解决的问题。

碳纳米管是一种中空的碳纤维，管壁由一层或数层石墨烯卷曲而成，管径为数纳米至数十纳米之间。碳纳米管管长可达数十到数百个微米。碳纳米管具有优异的电学性能，利用其空腔结构产生的高比表面积，能够应用到锂离子电池中作为电极材料，从而提高锂离子电池的电学性能。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料，采用本发明的碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料来作为正极材料，可以提高电子电导率和例子扩散速率，从而提高锂电池的性能。

本发明提出的碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料，以磷酸铁锂混合物粉体为载体，通过化学键合方式键合1wt%-8wt%的碳纳米管成分，形成碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料。

其中，所述磷酸铁锂混合物粉体由Li_1-xR_x+yFe_1-yPO₄、金属化合物以及导电助剂混合而成，按照重量份计，包括：90-110份的Li_1-xR_x+yFe_1-yPO₄、15-25份的金属化合物以及5-15份的导电助剂。

其中Li_1-xR_x+yFe_1-yPO₄的锂位和铁位都含有替位金属元素R，替位金属元素R为从由铝、镍、钛和镁组成的组中选择的任意一个金属元素或任意两个金属元素，并且，0.03≤x≤0.09，0.03≤y≤0.09。

其中碳纳米管的管径为20-150nm；

其中，金属化合物为由硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸钠、硝酸钾、醋酸铁、醋酸镍、醋酸钴、硫酸钠、硫酸钾、碳酸钠、碳酸钾、氯化钠和氯化钾所组成的组中选择的一种或两种；

其中，导电助剂为由乙炔黑、导电石墨、导电碳黑、蔗糖和葡萄糖所组成的组中选择的一种或两种。

本发明的碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料具有如下的有益效果：

1.通过碳纳米管键合磷酸铁锂，利用碳纳米管的高比表面积，提高锂电池的电容量；

2.通过采用替位金属元素来部分取代磷酸铁锂中的锂和铁，可以进一步提高磷酸铁锂电极材料的电容量，并且还能提升其充放电性能；

3.加入金属化合物，可以降低磷酸铁锂电极材料在烧结过程中的烧结温度、缩短烧结时间；

4.加入导电助剂，更进一步提高磷酸铁锂电极材料的放电比容量。

具体实施方式

本发明提出的碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料，以磷酸铁锂混合物粉体为载体，通过化学键合方式键合1wt%-8wt%的碳纳米管成分，形成碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料。

其中，所述磷酸铁锂混合物粉体由Li_1-xR_x+yFe_1-yPO₄、金属化合物以及导电助剂混合而成，按照重量份计，包括：90-110份的Li_1-xR_x+yFe_1-yPO₄、15-25份的金属化合物以及5-15份的导电助剂。