專利名稱：線狀納米碳導(dǎo)電劑包覆磷酸鐵鋰正極材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池制備領(lǐng)域，具體涉及一種線狀納米碳作為導(dǎo)電劑包覆磷酸鐵鋰正極材料的方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池的性能主要取決于正負(fù)極材料，磷酸鐵鋰作為鋰電池正極材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)。IC充放循環(huán)壽命達(dá)2000 次。單節(jié)電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用，以滿足電動車頻繁充放電的需要。具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。但是LiFePCM的電子和離子導(dǎo)電率極低，致使其倍率性能很差，難以在動力電池中得到應(yīng)用。為了保證電極具有良好的充放電性能，在極片制作時通常加入一定量的導(dǎo)電物質(zhì)，在活性物質(zhì)之間、活性物質(zhì)與集流體之間起到收集微電流的作用，以減小電極的接觸電阻，加速電子的移動速率，同時也能有效地提高鋰離子在電極材料中的遷移速率，從而提高電極的充放電效率。石墨、乙炔黑和碳纖維具有導(dǎo)電性好、密度小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及化學(xué)性能穩(wěn)定等特性，常被用作鋰離子二次電池正極材料的導(dǎo)電劑，在電極中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常達(dá)到15%甚至30%。然而，大量碳材料的使用會促進(jìn)電極活性材料的溶解以及電解液在其表面的氧化，從而使得電極的循環(huán)性能變差、不可逆容量增加。同時，導(dǎo)電碳黑和導(dǎo)電石墨屬 “顆粒形”導(dǎo)電劑，是點(diǎn)和點(diǎn)接觸，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)難以通暢。新興的線狀納米碳直徑在幾個納米到幾十納米，長度在幾十微米以上，長徑比達(dá)到1000以上，很容易將顆粒型的活性物質(zhì)連接起來形成網(wǎng)絡(luò)，因此導(dǎo)電通道也就更為通暢，導(dǎo)電能力也就更好。同時其良好的導(dǎo)熱性能還有利于電池充放電時的散熱，減少電池的極化，提高電池的高低溫性能，延長電池的壽命。 然而，線狀納米碳是納米級的材料，在范德華力的作用下，極易團(tuán)聚，很難分散。因此要發(fā)揮線狀納米碳線性導(dǎo)電劑的優(yōu)異性能，均勻分散是使用中必需解決的一個關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服背景技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種線狀納米碳包覆磷酸鐵鋰的方法，可以使得線狀納米碳在磷酸鐵鋰顆粒表面呈均勻的網(wǎng)絡(luò)分布，可提高粉末磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性和電極的充放電效率，以及可以提高電池的高低溫性能。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的線狀納米碳作為導(dǎo)電劑包覆磷酸鐵鋰的方法，具體步驟為(1)將0. 15g-0. 65g線狀納米碳溶于50ml_300ml聚丙烯酸脂濃度為lg/L_4g/L的溶液中，然后將其置于30°C _80°C水浴，超聲分散上述溶液1. 5h-2.證制得均勻分散的線狀納米碳溶液；(2)將0. 15g-0. 25g明膠細(xì)粉溶于10ml_50ml去離子水中，在45°C _55°C下攪拌、超聲25min-35min后，加入平均粒徑為4. 8微米-5. 2微米的磷酸鐵鋰顆粒10g_30g，攪拌、 超聲25min-35min后再加入上述線狀納米碳溶液100ml-300ml，得到混合溶液；(3)將上述混合溶液利用醋酸調(diào)節(jié)pH值為3-6，并邊攪拌邊超聲25min-35min后， 將混合溶液反復(fù)沖洗過濾，最后將固體物在200°C -300°C烘干，冷卻，得到線狀納米碳包覆的磷酸鐵鋰顆粒。上述線狀納米碳為用混酸在90°C -ioo°c加熱回流ai-4h處理后的線狀納米碳，其中混酸為分析純濃硫酸和濃硝酸按照體積比為31混合后的酸?；焖岬挠昧恳赃m合在裝置內(nèi)回流為準(zhǔn)。上述線狀納米碳是單壁或多壁的碳納米管或線狀納米碳纖維。上述聚丙烯酸脂為聚丙烯酸甲脂或聚丙烯酸乙脂。本發(fā)明的優(yōu)勢在于本發(fā)明線狀納米碳作為導(dǎo)電劑包覆磷酸鐵鋰的方法可以使線狀納米碳以較小的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均勻地包覆在磷酸鐵鋰顆粒表面，并以網(wǎng)絡(luò)形式將顆粒連接起來(見圖1)，不但可提高粉末磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性，提高電極的充放電效率，而且同時其良好的導(dǎo)熱性能還有利于電池充放電時的散熱，減少電池的極化，提高電池的高低溫性能。本發(fā)明工藝簡單， 適合工業(yè)化。本發(fā)明制備的磷酸鐵鋰材料充放電性能突出(1C容量達(dá)到150mAh/g)，循環(huán)穩(wěn)定性好，可在新型高性能鋰離子電池中得到廣泛應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的方法制備的材料的掃描電子顯微鏡形貌圖，該圖說明線狀納米碳以網(wǎng)絡(luò)形式均勻包覆在磷酸鐵鋰顆粒表面，并將顆粒連接起來。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的方法制備的材料封裝成紐扣電池正極，IC充放電曲線效果圖，IC容量達(dá)到150mAh/g;該充放電曲線說明本發(fā)明線狀納米碳導(dǎo)電劑包覆的磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性得到明顯提高。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但不意味著限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例11)將0. 5g線狀納米碳在100°C的混酸(分析純濃硫酸和濃硝酸按照體積比為 3 1混合后的酸)中加熱回流池后，溶于IOOml聚丙烯酸脂濃度為4g/L的溶液中，然后將其置于50°C水浴，超聲分散上述溶液池制得均勻分散的線狀納米碳溶液；2)將0. 2克明膠細(xì)粉溶于30ml去離子水中，在50°C下攪拌、超聲30分鐘后，加入 20克磷酸鐵鋰顆粒(平均粒徑5微米)，攪拌、超聲30分鐘后再加入上述線狀納米碳溶液 200ml。將混合溶液攪拌、超聲，并利用醋酸調(diào)節(jié)pH值為4. 0，30分鐘后，將混合溶液反復(fù)沖洗過濾，最后將固體物在250°C烘干，自然冷卻后，即得到線狀納米碳包覆的磷酸鐵鋰顆粒。本發(fā)明通過上述實(shí)施例制備的材料封裝成紐扣電池正極，IC充放電曲線效果如圖 2所示，IC容量達(dá)到150mAh/g，該充放電曲線說明本發(fā)明線狀納米碳導(dǎo)電劑包覆的磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性得到明顯提高。
實(shí)施例21)將0. 55g線狀納米碳在95°C混酸(分析純濃硫酸和濃硝酸按照體積比為3 1 混合后的酸)中加熱回流3.證后，溶于200ml聚丙烯酸脂濃度為3g/L的溶液中，然后將其置于55°C水浴，超聲分散上述溶液2. 5h制得均勻分散的線狀納米碳溶液；2)將0. 18克明膠細(xì)粉溶于40ml去離子水中，在55°C下攪拌、超聲35分鐘后，加入10克磷酸鐵鋰顆粒(平均粒徑4. 8微米)，攪拌、超聲30分鐘后再加入上述線狀納米碳溶液300ml。將混合溶液攪拌、超聲，并利用醋酸調(diào)節(jié)pH值為4. 0，28分鐘后，將混合溶液反復(fù)沖洗過濾，最后將固體物在300°C烘干，自然冷卻后，即得到線狀納米碳包覆的磷酸鐵鋰顆粒。本發(fā)明通過上述實(shí)施例制備的材料封裝成紐扣電池正極，IC容量可達(dá)到145mAh/ go (見圖2)實(shí)施例31)將0. 45g線狀納米碳在90°C混酸(分析純濃硫酸和濃硝酸按照體積比為3 1 混合后的酸)中加熱回流1.證后，溶于150ml聚丙烯酸脂濃度為2g/L的溶液中，然后將其置于55°C水浴，超聲分散上述溶液1. 5h制得均勻分散的線狀納米碳溶液。2)將0. 55克明膠細(xì)粉溶于20ml去離子水中，在45°C下攪拌、超聲30分鐘后，加入 20克磷酸鐵鋰顆粒(平均粒徑5微米)，攪拌、超聲25分鐘后再加入上述線狀納米碳溶液 180ml。將混合溶液攪拌、超聲，并利用醋酸調(diào)節(jié)pH值為4. 5，30分鐘后，將混合溶液反復(fù)沖洗過濾，最后將固體物在220°C烘干，自然冷卻后，即得到線狀納米碳包覆的磷酸鐵鋰顆粒。本發(fā)明通過上述實(shí)施例制備的材料封裝成紐扣電池正極，IC容量可達(dá)到142mAh/ g°實(shí)施例4 1)將0. 48g線狀納米碳溶于300ml聚丙烯酸脂濃度為1. 5g/L的溶液中，然后將其置于6o°c水浴，超聲分散上述溶液池制得均勻分散的線狀納米碳溶液。2)將0. 25克明膠細(xì)粉溶于50ml去離子水中，在52°C下攪拌、超聲35分鐘后，加入10克磷酸鐵鋰顆粒(平均粒徑5. 2微米)，攪拌、超聲35分鐘后再加入上述線狀納米碳溶液150ml。將混合溶液攪拌、超聲，并利用醋酸調(diào)節(jié)pH值為4. 0，30分鐘后，將混合溶液反復(fù)沖洗過濾，最后將固體物在280°C烘干，自然冷卻后，即得到線狀納米碳包覆的磷酸鐵鋰顆粒。本發(fā)明通過上述實(shí)施例制備的材料封裝成紐扣電池正極，IC容量可達(dá)到135mAh/
權(quán)利要求
1.一種線狀納米碳作為導(dǎo)電劑包覆磷酸鐵鋰的方法，其特征是，具體步驟為(1)將0.15g-0. 65g線狀納米碳溶于50ml-300ml聚丙烯酸脂濃度為lg/L_4g/L的溶液中，然后將其置于30°C _80°C水浴，超聲分散上述溶液1. 5h-2.證制得均勻分散的線狀納米碳溶液；(2)將0.15g-0. 25g明膠細(xì)粉溶于10ml-50ml去離子水中，在45°C _55°C下攪拌、超聲 25min-35min后，加入平均粒徑為4. 8微米-5. 2微米的磷酸鐵鋰顆粒10g_30g，攪拌、超聲 25min-35min后再加入上述線狀納米碳溶液100ml-300ml，得到混合溶液；(3)將上述混合溶液利用醋酸調(diào)節(jié)pH值為3-6，并邊攪拌邊超聲25min-35min后，將混合溶液反復(fù)沖洗過濾，最后將固體物在200°C -300°C烘干，冷卻，得到線狀納米碳包覆的磷酸鐵鋰顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述線狀納米碳作為導(dǎo)電劑包覆磷酸鐵鋰的方法，其特征是，所述線狀納米碳為用混酸在90°c -100°c加熱回流ai-4h處理后的線狀納米碳，其中混酸為分析純濃硫酸和濃硝酸按照體積比為31混合后的酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述線狀納米碳作為導(dǎo)電劑包覆磷酸鐵鋰的方法，其特征是，所述線狀納米碳是單壁或多壁的碳納米管或線狀納米碳纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述線狀納米碳作為導(dǎo)電劑包覆磷酸鐵鋰的方法，其特征是，所述聚丙烯酸脂為聚丙烯酸甲脂或聚丙烯酸乙脂。
全文摘要
一種線狀納米碳導(dǎo)電劑包覆磷酸鐵鋰正極材料的方法，具體步驟為1)將0.15g-0.65g線狀納米碳溶于50ml-300ml聚丙烯酸脂濃度為1g/L-4g/L的溶液中，然后將其置于30℃-80℃水浴，超聲分散上述溶液1.5h-2.5h制得均勻分散的線狀納米碳溶液；2)將明膠細(xì)粉溶于去離子水中，攪拌、超聲30分鐘后，按比例加入磷酸鐵鋰顆粒，攪拌、超聲30分鐘后再加入上述線狀納米碳溶液100-300ml，得混合溶液；3)將混合溶液攪拌、超聲，并用醋酸調(diào)節(jié)pH值為3-6，30分鐘后，將混合溶液反復(fù)沖洗過濾，最后將固體物烘干，冷卻，即得到線狀納米碳包覆的磷酸鐵鋰顆粒。本發(fā)明的方法可以使得線狀納米碳在磷酸鐵鋰顆粒表面呈均勻的網(wǎng)絡(luò)分布，可提高粉末磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性和電極的充放電效率，以及可以提高電池的高低溫性能。
文檔編號H01M4/1397GK102208622SQ20111010105
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者劉云泉, 楊小華, 楊植, 范澤夫, 鐘文斌 申請人:湖南大學(xué)