一种碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料的制造方法，该方法制得的电极材料，可以提高锂电池的电容量、提升其充放电性能、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、提高磷酸铁锂电极材料的放电比容量。
【专利说明】一种碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料的制造方法【技术领域】[0001]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的制 造方法。【背景技术】[0002]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。[0003]橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO4)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。[0004]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】
[0005]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 材料的制造方法，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。[0006]本发明提出的碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料的制造方法，依次包括如下步骤:[0007](I)将90-110份的份的金属化合物以及5-15份的导电助 剂加入到搅拌容器中，并加入去离子水后充分搅拌混合,从而得到混合物；[0008](2)将混合物放入干燥箱中进行干燥处理，其中干燥温度为120_140°C，干燥时间 为7-8小时；[0009](3)制作粉体，将干燥后的混合物投入研磨机中进行研磨，得到所述混合物的粉 体；[0010](4)将所述混合物粉体放入管式炉中，通入氮气将管式炉中的空气排出后抽空， 再通入氢气和乙炔，其中氢气和乙炔的流量比为1: 1.5，然后将管式炉升温，升温速率为 10°C /分钟，直至升温至600-700°C后保持该温度，然后反应10-15分钟，反应结束后通入氮 气进行冷却至室温，即得到碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料。[0011]所述碳纳米管磷酸铁锂电极材料是以磷酸铁锂混合物粉体为载体，通过化学键合方式键合lwt%-8wt%的碳纳米管成分,形成碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料。[0012]其中，所述磷酸铁锂混合物粉体由LihRj^yFehPO4、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LHyFehPCV 15-25份的金属化合物以及5_15份的导电助剂。[0013]其中LihRj^yFehPO4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。[0014]其中碳纳米管的管径为20_150nm ;[0015]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；[0016]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。[0017]本发明具有如下的有益效果:[0018]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;[0019]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；[0020]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；[0021]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】[0022]本发明提出的碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料的制造方法依次包括如下步骤:[0023](1)将90-110份的份的金属化合物以及5-15份的导电助剂加入到搅拌容器中，并加入去离子水后充分搅拌混合,从而得到混合物；[0024](2)将混合物放入干燥箱中进行干燥处理，其中干燥温度为120_140°C，干燥时间为7-8小时；[0025](3)制作粉体，将干燥后的混合物投入研磨机中进行研磨，得到所述混合物的粉体；[0026](4)将所述混合物粉体放入管式炉中，通入氮气将管式炉中的空气排出后抽空， 再通入氢气和乙炔，其中氢气和乙炔的流量比为1: 1.5，然后将管式炉升温，升温速率为 10°C /分钟，直至升温至600-700°C后保持该温度，然后反应10-15分钟，反应结束后通入氮气进行冷却至室温，即得到碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料。[0027]其中碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料是以磷酸铁锂混合物粉体为载体，通过化学键合方式键合lwt%-8wt%的碳纳米管成分,形成碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料。[0028]其中，所述磷酸铁锂混合物粉体由LihRj^yFehPO4、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LHyFehPCV 15-25份的金属化合物以及5_15份的导电助剂。[0029]其中LihRj^yFehPO4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。[0030]其中碳纳米管的管径为20_150nm ；[0031]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；[0032]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。[0033]下面介绍本发明的优选实施例:[0034]所述碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料的制造方法依次包括如下步骤:[0035](I)按照前文所述的重量份，将100份的LihRJyFe1IPCV20份的金属化合物以及 10份的导电助剂加入到搅拌容器中，并加入去离子水后充分搅拌混合，从而得到混合物；[0036](2)将混合物放入干燥箱中进行干燥处理，其中干燥温度为130°C，干燥时间为7 小时20分钟；[0037](3)制作粉体，将干燥后的混合物投入研磨机中进行研磨，得到所述混合物的粉体；[0038](4)将所述混合物粉体放入管式炉中，通入氮气将管式炉中的空气排出后抽空， 再通入氢气和乙炔，其中氢气和乙炔的流量比为1: 1.5，然后将管式炉升温，升温速率为 IO0C /分钟，直至升温至660°C后保持该温度，然后反应12分钟，反应结束后通入氮气进行冷却至室温，即得到碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料。[0039]其中碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料是以磷酸铁锂混合物粉体为载体，通过化学键合方式键合5wt%的碳纳米管成分,形成碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料。[0040]其中，所述磷酸铁锂混合物粉体由LihRj^yFehPO4、金属化合物以及导电助剂混合而成，按照重量份计，包括:100份的LihRtyFe1IPO4JO份的金属化合物以及10份的导电助剂。[0041 ] 其中LihRj^yFehPO4的锂位和铁位都含有替位金属元素R，替位金属元素R为钛和镁，并且，x=0.05，y=0.05 ；[0042]其中碳纳米管的管径为60nm ；[0043]其中，金属化合物为醋酸铁；[0044]其中，导电助剂为由乙炔黑或导电碳黑。[0045]至此已对本发明做了详细的说明，但前文的描述的实施例仅仅只是本发明的优选实施例，其并非用于限定本发明。本领域技术人员可对本发明做任何的修改，而本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料的制造方法，依次包括如下步骤:(1)将90-110份的L-25份的金属化合物以及5_15份的导电助剂加入到搅拌容器中，并加入去离子水后充分搅拌混合,从而得到混合物；(2)将混合物放入干燥箱中进行干燥处理，其中干燥温度为120-140°C，干燥时间为 7-8小时；(3)制作粉体，将干燥后的混合物投入研磨机中进行研磨，得到所述混合物的粉体；(4)将所述混合物粉体放入管式炉中，通入氮气将管式炉中的空气排出后抽空，再通入氢气和乙炔，其中氢气和乙炔的流量比为1:1.5，然后将管式炉升温，升温速率为10°C /分钟，直至升温至600-70(TC后保持该温度，然后反应10-15分钟，反应结束后通入氮气进行冷却至室温，即得到碳纳米管键合磷酸铁锂电极材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:其中LihRj^yFehPO4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。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于: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。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于:LihRjyFehPO4优选为100份，金属化合物优选为20份，导电助剂优选为10份；x优选为0.05，y优选0.05。
【文档编号】H01M4/1393GK103606652SQ201310500536
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】丛国芳 申请人:溧阳市东大技术转移中心有限公司