[发明专利]一种氮掺杂碳改性磷酸铁锂正极材料

说明书

本发明公开了一种氮掺杂碳改性磷酸铁锂正极材料，其通过以下方法制备得到：1）制备硼掺杂碳纳米管：2）制备复合氮掺杂的功能化碳纳米管：3）采用功能化碳纳米管对LiFePOsubgt;4/subgt;材料进行改性，制得所述氮掺杂碳改性磷酸铁锂正极材料。本发明通过功能化改性的碳纳米管LiFePOsubgt;4/subgt;材料进行包覆，克服了碳纳米管难以分散的缺陷，使得其能够在磷酸铁锂正极材料体系中充分发挥提升导电性和力学性能的功能，同时通过掺杂B、N以及引入铁离子和钠离子，可进一步提升碳纳米管对导电性的增强作用。

技术领域

本发明涉及电池材料领域，特别涉及一种氮掺杂碳改性磷酸铁锂正极材料。

背景技术

锂离子电池由于其优异的能量密度兼具良好的倍率性能及循环寿命，被广泛应用到日常生活的电子设备中。LiFePO4是目前最常见的锂离子电池正极材料之一，具有稳定的橄榄石结构，能可逆的嵌入和脱嵌锂离子，而且具有高能量密度、性能稳定、安全性高、环境友好等优点，是一种极具潜力的锂离子电池正极材料。

但是纯磷酸铁锂材料的电子导电率及Li⁺扩散系数较差，严重影响了其电化学性能，限制了其进一步的应用。目前通常采用离子掺杂、包覆等技术来提升磷酸铁锂材料的电化学性能。例如专利CN109004207B公开的一种复合磷酸铁锂正极材料的制备、CN105428617B公开的一种制备内外导电碳改性的磷酸铁锂的方法等。

其中，碳包覆生产简单便捷，能获得良好的改善效果，因此碳包覆成为了目前市场主流方向。碳纳米管具有独特的中空结构、良好的导电性能和力学性能，已被应用于磷酸铁锂材料的包覆改性；例如专利CN101734927A公开的一种制备磷酸铁锂/碳纳米管复合材料的方法、CN201710326942.2公开的一种用于锂电池正极材料的磷酸铁锂/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法等。然而CNTs由于大长径比引起的缠绕和大比表面积引起的高能表面，CNTs间存在较大的范德华作用力，容易高度聚集或相互缠杂，所以存在难以分散的缺陷；另外，单一的碳纳米管包覆对磷酸铁锂材料导电性能、稳定性等的提升仍然有限，现有技术中缺少解决这些缺陷的可靠技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种氮掺杂碳改性磷酸铁锂正极材料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氮掺杂碳改性磷酸铁锂正极材料，其通过以下方法制备得到：

1）制备硼掺杂碳纳米管：

1-1）采用B和B₂O₃的混合物作为硼源，在硼源上覆盖CNTs，于氩气保护下加热反应；

1-2）将步骤1-1）的产物加入碱溶液中，搅拌，将得到的混合物转移至反应釜中，加热下搅拌反应，反应结束后过滤，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到硼掺杂碳纳米管：B-CNTs；

2）制备复合氮掺杂的功能化碳纳米管：

2-1）将步骤1）得到的B-CNTs加入到热的去离子水中，超声处理，得到B-CNTs分散液；

2-2）将二乙三胺五乙酸铁钠加入热的去离子水中，搅拌；

2-3）将步骤2-1）得到的B-CNTs分散液加入到步骤2-2）得到的产物中，再加入DCC，加热下搅拌反应，反应结束后过滤，固体产物用去离子水和乙醇依次清洗，干燥，得到功能化碳纳米管；

3）采用步骤2）制得的功能化碳纳米管对LiFePO₄材料进行改性，制得所述氮掺杂碳改性磷酸铁锂正极材料。

优选的是，该氮掺杂碳改性磷酸铁锂正极材料通过以下方法制备得到：

1）制备硼掺杂碳纳米管：