專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磷酸鐵鋰材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著全球面臨的環(huán)境污染和能源危機(jī)問(wèn)題的日益加劇，綠色、高效、清潔的能源越來(lái)越受到人們的青睞，因此，儲(chǔ)能技術(shù)特別是綠色能源的開(kāi)發(fā)迫在眉睫，而鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池等化學(xué)電源便成為綠色能源的發(fā)展方向之一。鋰離子電池作為新一代綠色電源，最有希望取代傳統(tǒng)蓄電池用于新型電動(dòng)汽車(chē)，而電動(dòng)汽車(chē)需要配備大型電池，目前的鋰離子電池技術(shù)不能滿(mǎn)足此要求，主要原因之一是正極材料不能滿(mǎn)足大功率充放電要求。商用LiCo02、LiNiO2等鋰離子電池正極材料在高溫下存在安全隱患，而聚陰離子型磷酸鐵鋰材料具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、理論容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境相容性好、原材料資源豐富、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是它的橄欖石結(jié)構(gòu)更使之具備了循環(huán)性能好和穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，因此，其被公認(rèn)為是在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域最具開(kāi)發(fā)和應(yīng)用潛力的新一代鋰離子電池正極材料。

用傳統(tǒng)的碳熱還原法和高溫固相法等制備而成的磷酸鐵鋰正極粉末材料的電子導(dǎo)電率和離子傳導(dǎo)率較低，Li+的擴(kuò)散系數(shù)較小，不適宜大電流充放電，此外，還要解決涂覆鋰離子電池正極極片時(shí)的加工工藝對(duì)性能的影響，阻礙了其在動(dòng)力電池中的大規(guī)模應(yīng)用。已有研究表明，通過(guò)納米化、表面碳包覆和石墨烯、金屬離子摻雜等改性方法可以提高磷酸鐵鋰材料的性能，但是，要成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還要解決材料納米化所帶來(lái)的成本的提高，也有研究表明，通過(guò)靜電紡絲結(jié)合溶膠凝膠技術(shù)加后續(xù)的高溫?zé)Y(jié)工藝可以制備碳包覆磷酸鐵鋰(LiFeP04/C)膜材料，但是，材料的纖維的均勻性和一致性，以及成膜性都有待提高。因此，磷酸鐵鋰正極材料的制備技術(shù)非常關(guān)鍵。Toprakci 等(Ozan, Liwen Ji, Zhan Lin.196(2011):7692-7699)以 LiC00CH3、Fe (COOCH3) 2、H3PO4和PAN為原料，利用靜電紡絲結(jié)合溶膠凝膠技術(shù)加后續(xù)的高溫?zé)Y(jié)制備了 LiFeP04/C正極膜材料,在0.1C下的放電容量是141mA.h/g。Toprakci等(Toprakci0., Toprakci H.A.K.,JiL.4(1) (2012))以 LiFePO4 納米顆粒、PAN 和石墨烯為原料，制備了具有較好的電化學(xué)性能的LiFePO4/石墨烯/C正極膜材料。但是，他們沒(méi)有研究CNT的加入對(duì)膜材料性能的影響，且他們制備的靜電紡纖維氈以及纖維氈經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)后的微觀形貌都較差，纖維的均勻性和一致性都有待提高，串珠和粗節(jié)也比較明顯，他們也沒(méi)有研究預(yù)氧化階段的升溫速率、保溫時(shí)間和空氣流動(dòng)性等對(duì)材料的成膜性、加工性能和產(chǎn)品最終性能的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，該方法成本低廉，操作方法簡(jiǎn)單，制備的材料具有較好的加工性能和電化學(xué)性能，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明的一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括:按質(zhì)量百分比，將0.1-0.4%的碳納米管CNT，加入到83.6-83.9%的溶劑中，超聲振蕩，4-6h，攪拌 15-18h，然后加入 8% 的 LiC00CH3、Fe (COOCH3) 2 和 H3PO4,磁力攪拌 12_15h，加入8%的聚丙烯腈粉，磁力攪拌12-24h，得到靜電紡絲用溶液，進(jìn)行靜電紡絲，得靜電紡絲纖維氈，烘燥，高溫?zé)Y(jié)，即得納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料，其中LiC00CH3、Fe (COOCH3)2 和 H3PO4 中 L1、Fe、P 的摩爾比為 1:1:1。所述溶劑為N，N-二甲基甲酰胺DMF。所述靜電紡絲工藝參數(shù)為:注射器的針頭內(nèi)徑為0.51mm，紡絲電壓為23kv，針頭距離接收板的距離為15cm，注射速度為0.7-lml/h，靜電紡絲環(huán)境溫度為20-30° C，靜電紡絲環(huán)境相對(duì)濕度為30-40%。所述碳納米管CNT的加入量是總質(zhì)量的0.2%,注射器的針頭內(nèi)徑為0.51mm,紡絲電壓為23kv，針 頭距離接收板的距離為15cm，靜電紡絲注射速度設(shè)定為lml/h。所述烘燥為:在真空烘箱中烘燥2_4h，真空抽至0.9Pa，溫度保持在50度。所述高溫?zé)Y(jié)包括預(yù)氧化和炭化。所述預(yù)氧化的程序?yàn)?在空氣氣氛下，以2° C/min的速率自室溫升至100° C保溫20min，再以2° C/min的速率自100 ° C升溫至280° C，保溫2_4h，當(dāng)溫度升至140-160° C時(shí)開(kāi)始通入流動(dòng)空氣，至280° C保溫0.5h后結(jié)束；炭化程序?yàn)?在流動(dòng)的氬氣或者氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，以2° C/min的速率自280° C升溫至700° C，保溫16h，氬氣或者氮?dú)獾牧魉贋?00-500ml/min，反應(yīng)結(jié)束后，在流速為300-500ml/min的氬氣或者氮?dú)獗Ｗo(hù)下，自然降溫至室溫。所述通入流動(dòng)空氣為真空泵先開(kāi)啟5-10min，再關(guān)閉5_10min，或真空泵一直開(kāi)
啟O所述預(yù)氧化的保溫時(shí)間為3h，且溫度升至140° C時(shí)開(kāi)始通入流動(dòng)空氣。所述在通入流動(dòng)空氣過(guò)程中所述真空泵一直開(kāi)啟。本發(fā)明提出利用靜電紡絲技術(shù)和高溫?zé)Y(jié)技術(shù)相結(jié)合的方法制備一種易于壓制極片的高純度的膜材料，無(wú)需涂覆極片，可以直接壓制使用的納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料。靜電紡絲技術(shù)可以制備納米級(jí)別的鋰離子電池用正級(jí)材料，其制備工藝簡(jiǎn)單、流程短，為鋰離子電池用正極材料開(kāi)辟了新的研究途徑；碳納米管的摻雜增加了其內(nèi)部質(zhì)子電導(dǎo)率，從而提高了其循環(huán)性能；而高溫?zé)Y(jié)工藝是材料的一種加工程序。其中，靜電紡絲所用溶液的比例、靜電紡絲參數(shù)的設(shè)置以及靜電紡絲環(huán)境的溫濕度都直接影響靜電紡纖維的形貌和性能，進(jìn)而影響靜電紡纖維氈的性能，并影響到最終產(chǎn)品的電化學(xué)性能；高溫?zé)Y(jié)時(shí)，預(yù)氧化工藝的確定直接影響材料的成膜性，進(jìn)而對(duì)極片的加工性能以及最終產(chǎn)品的電化學(xué)性能起到直接而重要的影響。有益.效果(I)本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，降低了成本，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；(2)本發(fā)明有效的提高了 LiFeP04/C+CNT復(fù)合纖維的均勻性和一致性，減少了顆粒感；
(3)本發(fā)明采用的預(yù)氧化工藝，有效的提高了靜電紡納米纖維氈燒結(jié)后的成膜性，獲得的納米纖維膜材料易于進(jìn)行極片的壓制，具有較好的加工性能，不需要使用膠黏劑粘結(jié)便可以作為電極材料直接使用，具有較好的電化學(xué)性能；(4)本發(fā)明具有材料的成膜性好，加工性能好的特點(diǎn)，既克服了現(xiàn)有電池生產(chǎn)中極片涂覆對(duì)電池性能的影響，降低了成本，也提高了電池的性能；(5)本發(fā)明將靜電紡絲技術(shù)、高溫?zé)Y(jié)技術(shù)、碳纖維復(fù)合、碳納米管摻雜等結(jié)合起來(lái)制備納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料，既增加了活性粒子與電解液的接觸面積，又增加了材料的電導(dǎo)率和鋰離子的擴(kuò)散通道，從而提高了材料的電導(dǎo)性，充、放電容量和循環(huán)性能，促進(jìn)了鋰離子電池用電極材料的制備方法的突破式創(chuàng)新，可以突破目前鋰離子電池正極材料應(yīng)用中遇到的瓶頸。


圖1為T(mén)oprakci等制備的靜電紡纖維氈的SEM圖譜；圖2為T(mén)oprakci等制備的燒結(jié)以后的LiFeP04/C膜材料的SEM圖譜；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的靜電紡絲纖維氈的1000倍的SEM圖譜；圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的靜電紡絲纖維氈的1000倍的SEM圖譜；圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備的靜電紡絲纖維氈的5000倍的SEM圖譜；圖6為本發(fā)明實(shí)施例4制備的納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料的1000倍的SEM圖譜；
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圖7為本發(fā)明實(shí)施例4制備的納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料的5000倍的SEM圖譜；圖8為本發(fā)明實(shí)施例4制備的納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料的XRD衍射圖譜；圖9為本發(fā)明實(shí)施例4制備的納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料組裝的紐扣半電池在0.5C下的首次放電容量曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。實(shí)施例1I)先取總質(zhì)量0.1-0.4%的CNT，加入到總質(zhì)量83.6-83.9%的DMF溶液中，超聲振蕩4-6h，磁力攪拌15-18h，然后按照L1:Fe:P為1:1:1的摩爾比分別取總質(zhì)量8%的LiC00CH3、Fe (COOCH3)2和H3PO4,加入到上述混合液中磁力攪拌12_15h，最后取總質(zhì)量8%的PAN粉，加入到上述混合液中磁力攪拌12-24h，從而得到充分混合均勻的靜電紡絲用溶液。2)將靜電紡絲用溶液放入注射器中進(jìn)行靜電紡絲，注射器的針頭內(nèi)徑為0.51mm,紡絲電壓為23kv，針頭距離接收板的距離為15cm，注射速度為0.7-lml/h，靜電紡絲環(huán)境溫度為20-30° C，靜電紡絲環(huán)境相對(duì)濕度為30-40%，得到靜電紡絲纖維氈。
3)將靜電紡絲纖維氈放入真空烘箱中烘燥2_4h，真空抽至0.9Pa，溫度保持在50度。4)將烘燥后的靜電紡絲纖維氈放入可以抽真空并且可以通入氬氣或者氮?dú)獾南涫綒夥諣t中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)——預(yù)氧化和炭化，預(yù)氧化的程序如下:在空氣氣氛下，以2° C/min的速率自室溫升至100° C保溫20min，再以2° C/min的速率自100 ° C升溫至280° C，保溫2-4h，當(dāng)溫度升至140-160° C時(shí)開(kāi)始通入流動(dòng)空氣，至280° C保溫0.5h后結(jié)束；炭化的程序如下:在流動(dòng)的氬氣或者氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，以2。C/min的速率自280° C升溫至700° C，保溫16h，氬氣或者氮?dú)獾牧魉贋?00-500ml/min，反應(yīng)結(jié)束后，在流速為300-500ml/min的氬氣或者氮?dú)獗Ｗo(hù)下，自然降溫至室溫，壓制得到納米級(jí)別的LiFePO4/C+CNT復(fù)合正極材料。上述步驟4)中所述的通入流動(dòng)空氣為真空泵先開(kāi)啟5-10min,再關(guān)閉5-10min,或者真空泵一直開(kāi)啟。實(shí)施例2I)先取總質(zhì)量0.2%的CNT，加入到總質(zhì)量83.8%的DMF溶液中，超聲振蕩6h，磁力攪拌18h,然后按照L1:Fe:P為1:1:1的摩爾比分別取總質(zhì)量8%的LiCOOCH3' Fe (COOCH3) 2和H3PO4,加入到上述混合液中磁力攪拌12h，最后取總質(zhì)量8%的PAN粉，加入到上述混合液中磁力攪拌12-24h，從而得到充分混合均勻的靜電紡絲用溶液。2)將靜電紡絲用溶液放入注射器中進(jìn)行靜電紡絲，注射器的針頭內(nèi)徑為0.51mm,紡絲電壓為23kv，針頭距離接收板的距離為15cm，注射速度為lml/h，靜電紡絲環(huán)境溫度為20-30° C，靜電紡絲環(huán)境相對(duì)濕度為30-40%，得到靜電紡絲纖維氈。

3)將靜電紡絲纖維氈放入真空烘箱中烘燥2_4h，真空抽至0.9Pa，溫度保持在50度。4)將烘燥后的靜電紡絲纖維氈放入可以抽真空并且可以通入氬氣或者氮?dú)獾南涫綒夥諣t中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)——預(yù)氧化和炭化，預(yù)氧化的程序如下:在空氣氣氛下，以2° C/min的速率自室溫升至100° C保溫20min，再以2° C/min的速率自100 ° C升溫至280° C，保溫2-4h，當(dāng)溫度升至140-160° C時(shí)開(kāi)始通入流動(dòng)空氣，至280° C保溫0.5h后結(jié)束；炭化的程序如下:在流動(dòng)的氬氣或者氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，以2。C/min的速率自280° C升溫至700° C，保溫16h，氬氣或者氮?dú)獾牧魉贋?00-500ml/min，反應(yīng)結(jié)束后，在流速為300-500ml/min的氬氣或者氮?dú)獗Ｗo(hù)下，自然降溫至室溫，壓制得到納米級(jí)別的LiFePO4/C+CNT復(fù)合正極材料。上述步驟4)中所述的通入流動(dòng)空氣為真空泵先開(kāi)啟5-10min,再關(guān)閉5-10min,或者真空泵一直開(kāi)啟。實(shí)施例3I)先取總質(zhì)量0.2%的CNT，加入到總質(zhì)量83.8%的DMF溶液中，超聲振蕩6h，磁力攪拌18h,然后按照L1:Fe:P為1:1:1的摩爾比分別取總質(zhì)量8%的LiCOOCH3' Fe (COOCH3) 2和H3PO4,加入到上述混合液中磁力攪拌12h，最后取總質(zhì)量8%的PAN粉，加入到上述混合液中磁力攪拌12-24h，從而得到充分混合均勻的靜電紡絲用溶液。2)將靜電紡絲用溶液放入注射器中進(jìn)行靜電紡絲，注射器的針頭內(nèi)徑為0.51mm,紡絲電壓為23kv，針頭距離接收板的距離為15cm，注射速度為lml/h，靜電紡絲環(huán)境溫度為20-30° C，靜電紡絲環(huán)境相對(duì)濕度為30-40%，得到靜電紡絲纖維氈。3)將靜電紡絲纖維氈放入真空烘箱中烘燥2h，真空抽至0.9Pa，溫度保持在50度。4)將烘燥后的靜電紡絲纖維氈放入可以抽真空并且可以通入氬氣或者氮?dú)獾南涫綒夥諣t中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)——預(yù)氧化和炭化，預(yù)氧化的程序如下:在空氣氣氛下，以2° C/min的速率自室溫升至100° C保溫20min，再以2° C/min的速率自100° C升溫至280° C，保溫3h，當(dāng)溫度升至140° C時(shí)開(kāi)始通入流動(dòng)空氣，至280° C保溫0.5h后結(jié)束；炭化的程序如下:在流動(dòng)的氬氣或者氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，以2° C/min的速率自280° C升溫至700° C，保溫16h，氬氣或者氮?dú)獾牧魉贋?00-500ml/min，反應(yīng)結(jié)束后，在流速為300-500ml/min的氬氣或者氮?dú)獗Ｗo(hù)下，自然降溫至室溫，壓制得到納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料。上述步驟4)中所述的通入流動(dòng)空氣為真空泵先開(kāi)啟5-10min,再關(guān)閉5-10min,或者真空泵一直開(kāi)啟。實(shí)施例4I)先取總質(zhì)量0.2%的CNT，加入到總質(zhì)量83.8%的DMF溶液中，超聲振蕩6h，磁力攪拌18h,然后按照L1:Fe:P為1:1:1的摩爾比分別取總質(zhì)量8%的LiCOOCH3' Fe (COOCH3) 2和H3PO4,加入到上述混合液中磁力攪拌12h，最后取總質(zhì)量8%的PAN粉，加入到上述混合液中磁力攪拌12-24h，從而得到充分混合均勻的靜電紡絲用溶液。2)將靜電紡絲用溶液放入注射器中進(jìn)行靜電紡絲，注射器的針頭內(nèi)徑為0.51mm,紡絲電壓為23kv，針頭距離接收板的距離為15cm，注射速度為lml/h，靜電紡絲環(huán)境溫度為20-30° C，靜電紡絲環(huán)境相對(duì)濕度為30-40%，得到靜電紡絲纖維氈。3)將靜電紡絲纖維氈放入真空烘箱中烘燥2h，真空抽至0.9Pa，溫度保持在50度。4)將烘燥后的靜電紡絲纖維氈放入可以抽真空并且可以通入氬氣或者氮?dú)獾南涫綒夥諣t中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)——預(yù)氧化`和炭化，預(yù)氧化的程序如下:在空氣氣氛下，以2° C/min的速率自室溫升至100° C保溫20min，再以2° C/min的速率自100° C升溫至280° C，保溫3h，當(dāng)溫度升至140° C時(shí)開(kāi)始通入流動(dòng)空氣，至280° C保溫0.5h后結(jié)束；炭化的程序如下:在流動(dòng)的氬氣或者氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，以2° C/min的速率自280° C升溫至700° C，保溫16h，氬氣或者氮?dú)獾牧魉贋?00-500ml/min，反應(yīng)結(jié)束后，在流速為300-500ml/min的氬氣或者氮?dú)獗Ｗo(hù)下，自然降溫至室溫，壓制得到納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料。上述步驟4)中所述的通入流動(dòng)空氣為真空泵一直開(kāi)啟。為了驗(yàn)證以上技術(shù)方案的有效性，本發(fā)明進(jìn)行了以下測(cè)試及分析。1、微觀形貌分析圖1和圖2分別為T(mén)oprakci等制備的靜電紡纖維氈以及燒結(jié)以后的LiFeP04/C膜材料的SEM圖譜。從圖中可以看出，靜電紡材料的串珠和粗節(jié)比較明顯，且纖維的均勻性和一致性較差，燒結(jié)以后的LiFeP04/C膜材料的纖維的粗細(xì)不勻性更加明顯，顆粒感增加很多。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的靜電紡絲纖維氈的1000倍的SEM圖譜，圖4和圖5分別為本發(fā)明實(shí)施例2制備的靜電紡絲纖維氈的1000倍和5000倍的SEM圖譜。從圖中可以看出，靜電紡纖維氈的纖維均勻性和一致性較好，且基本無(wú)串珠和粗節(jié)，纖維之間的粘連性也不大，當(dāng)CNT的加入量是總質(zhì)量的0.2%，注射器的針頭內(nèi)徑為0.51mm，紡絲電壓為23kv，針頭距離接收板的距離為15cm，靜電紡絲注射速度設(shè)定為lml/h，靜電紡絲環(huán)境溫度為20-30° C，靜電紡絲環(huán)境相對(duì)濕度為30-40%，纖維的微觀形貌最好。圖6和圖7分別是本發(fā)明實(shí)施例4制備的納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料的1000倍和5000倍的SEM圖譜。從圖中可以看出，本實(shí)施例制備的靜電紡絲纖維氈經(jīng)過(guò)燒結(jié)后，纖維有收縮卷曲且直徑變細(xì)，纖維不勻性稍有增加，但是纖維的串珠和粗節(jié)相對(duì)較少，顆粒感較少。2、晶體結(jié)構(gòu)和物相組成分析圖8是本發(fā)明實(shí)施例4制備的納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料的XRD衍射圖譜，從圖中可以看出，主要特征峰的位置與磷酸鐵鋰衍射圖的標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)應(yīng)良好，證明是具有完整橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰。峰值對(duì)應(yīng)的衍射強(qiáng)度也較大，證明產(chǎn)物的結(jié)晶狀況良好。3、電化學(xué)性能測(cè)試為了測(cè)試電化學(xué)性能，采用本發(fā)明制備的納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料組裝了紐扣半電池，并進(jìn)行0.5C下的首周充放電測(cè)試，在0.5C下的首周的放電容量達(dá)140mAh/g 150mAh/g,放電平臺(tái)為3.4V左右,放電平臺(tái)平坦。當(dāng)CNT的加入量在0.2%時(shí)，材料的放電容量相對(duì)較大；預(yù)氧化階段的保溫時(shí)間在3h時(shí)，保證了原料在充分反應(yīng)的同時(shí)，避免燒結(jié)時(shí)間的不必要延長(zhǎng)而使得材料有少量的不必要的燒蝕，以致材料的加工性能稍有下降，進(jìn)而影響材料的電化學(xué)性能；當(dāng)預(yù)氧化階段溫度升至140° C時(shí)，開(kāi)啟真空泵通入流動(dòng)大氣至280° C保溫0.5h后，關(guān)閉真空泵，最易于極片的壓制。圖9是本發(fā)明實(shí)施例4制備的納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料組裝的紐扣半電池，在0.5C測(cè)試下的首周放電容量，從圖中 可以看出，材料的放電容量為150mAh/g，放電平臺(tái)為3.4V左右，放電平臺(tái)平坦。采用本實(shí)施例制備的LiFeP04/C+CNT正極材料組裝的紐扣半電池化學(xué)性能優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括: 按質(zhì)量百分比，將0.1-0.4%的碳納米管CNT，加入到83.6-83.9%的溶劑中，超聲振蕩，4_6h，攪拌 15-18h，然后加入 8% 的 LiCOOCH3、Fe (COOCH3) 2 和 H3PO4,磁力攪拌 12_15h，加入 8%的聚丙烯腈粉，磁力攪拌12_24h，得到靜電紡絲用溶液，進(jìn)行靜電紡絲，得靜電紡絲纖維氈，烘燥，高溫?zé)Y(jié)，即得納米級(jí)別的LiFeP04/C+CNT復(fù)合正極材料，其中LiC00CH3、Fe (COOCH3) 2和H3PO4中L1、Fe、P的摩爾比為1:1:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述溶劑為N，N- 二甲基甲酰胺DMF。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述靜電紡絲工藝參數(shù)為:注射器的針頭內(nèi)徑為0.51mm，紡絲電壓為23kv，針頭距離接收板的距離為15cm，注射速度為0.7-lml/h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述碳納米管CNT的加入量是總質(zhì)量的0.2%，注射器的針頭內(nèi)徑為0.51mm，紡絲電壓為23kv，針頭距離接收板的距離為15cm，靜電紡絲注射速度設(shè)定為lml/h，靜電紡絲環(huán)境溫度為20-30° C，靜電紡絲環(huán)境相對(duì)濕度為30-40%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述烘燥為:在真空烘箱中烘燥2-4h，真空抽至0.9Pa，溫度保持在50度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述高溫?zé)Y(jié)包括預(yù)氧化和炭化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述預(yù)氧化的程序?yàn)?在空氣氣氛下，以2° C/min的速率自室溫升至100° C保溫20min，再以2° C/min的速率自100° C升溫至280° C，保溫2_4h，當(dāng)溫度升至140-160° C時(shí)開(kāi)始通入流動(dòng)空氣 ，至280° C保溫0.5h后結(jié)束；炭化程序?yàn)?在流動(dòng)的氬氣或者氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，以2° C/min的速率自280° C升溫至700° C，保溫16h，氬氣或者氮?dú)獾牧魉贋?00-500ml/min，反應(yīng)結(jié)束后，在流速為300-500ml/min的氬氣或者氮?dú)獗Ｗo(hù)下，自然降溫至室溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述通入流動(dòng)空氣為真空泵先開(kāi)啟5-10min,再關(guān)閉5_10min,或真空泵一直開(kāi)啟。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述預(yù)氧化的保溫時(shí)間為3h，且溫度升至140° C時(shí)開(kāi)始通入流動(dòng)空氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求7和9所述的一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述在通入流動(dòng)空氣過(guò)程中所述真空泵一直開(kāi)啟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)需涂覆極片的磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，包括按質(zhì)量百分比，將0.1-0.4%的碳納米管CNT，加入到83.6-83.9%的溶劑中，超聲振蕩，4-6h，攪拌15-18h，然后加入8%的LiCOOCH3、Fe(COOCH3)2和H3PO4，磁力攪拌12-15h，加入8%的聚丙烯腈(PAN)粉，磁力攪拌12-24h，得到靜電紡絲用溶液，進(jìn)行靜電紡絲，得靜電紡絲纖維氈，烘燥，高溫?zé)Y(jié)，即得。本發(fā)明所得產(chǎn)物純度高，加工性能好，微觀形貌、理化性能和電化學(xué)性能都有較大提高；具有材料的成膜性好，加工性能好的特點(diǎn)，克服了現(xiàn)有電池生產(chǎn)中極片涂覆對(duì)電池性能的影響，降低了成本，提高了電池的性能。
文檔編號(hào)H01M4/58GK103236544SQ201310170310
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月9日
發(fā)明者張長(zhǎng)歡, 梁銀崢, 孫世元, 邱夷平 申請(qǐng)人:東華大學(xué)