一种多层结构的磷酸铁锂基复合纤维正极材料及其制备方法和应用_3

文档序号:9419234阅读:来源:国知局
平板距离为10cm。
[0051](3)为改善纤维间接触和表面形态,将纺出的双层结构的复合纤维毡在Ikg压力下于鼓风干燥箱中以120°C的干燥温度烘燥12小时,得到复合纤维正极材料前驱体。
[0052](4)将所得的纤维前驱体以1°C /min的升温速度升至260°C,在空气气氛中进行预氧化处理2小时;再放入氮气气氛炉中,于750°C下焙烧5小时,冷却,即得到复合纤维正极材料。
[0053]本实施例制备的多层结构的磷酸铁锂基复合纤维正极材料截面SEM图片如图3所示,可见,复合纤维正极材料存在明显的定向分层结构。将截面上下层物质分别进行能谱分析,分析结果分别如图4和图5所示,结果显示上层为磷酸铁锂纤维层,底层为金属Ni纤维。图6、图7为本实施制得的复合纤维正极材料表层1^?#04纤维在不同倍率(5000倍和50000倍)下的SEM照片,可以看到,复合纤维正极材料保持着良好的纤维形貌和较大的长径比。本实施例复合纤维正极材料的表层LiFePO4纤维的TEM照片如图8所示,可以看出,LiFePOzr^ C层形成了明显的包覆结构,磷酸铁锂活性物质内径约为10nm?150nm,非晶碳层包覆厚度约为50nm。本实施例制备的多层结构的磷酸铁锂基复合纤维正极材料XRD如图9所示,结果可以看出,烧结后的复合纤维正极材料呈现较纯的金属镍和磷酸铁锂晶相。
[0054]将本实施例制备的多层结构的磷酸铁锂基复合纤维正极材料直接裁成电极片,以市场普通金属锂片、聚丙烯薄膜、LiPF6S液分别作负极、隔膜、电解液,组装成CR2025型钮扣电池进行测试,在IC下充放电100次,电池容量依然保持在136mAh/g。
[0055]实施例2:
[0056]—种本发明的多层结构的磷酸铁锂基复合纤维正极材料,由2层金属镍纤维与I层纳米磷酸铁锂纤维复合形成的自支撑三明治结构,该结构的底层和上层为金属镍纤维,厚度约为70 μ m,金属镍纤维的平均直径约为500nm ;中间层为纳米磷酸铁锂纤维,厚度为60 μ m,该纤维的平均直径约为500nm。金属镍纤维的表面和纳米磷酸铁锂纤维的表面均包覆有碳层,碳层的厚度为40nm。纳米磷酸铁锂纤维与金属镍纤维的质量比为1:0.515。
[0057]本实施例的多层结构的磷酸铁锂基复合纤维正极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0058](I)先称取A溶胶总质量10%的聚乙烯吡咯烷酮,加入到A溶胶总质量50%的N’N- 二甲基乙酰胺溶液中,磁力搅拌6h后,将A溶胶总质量40%的硝酸镍加入到上述混合液中磁力搅拌12h,得到混合均匀的A溶胶。其中A溶胶和B溶胶质量比为1:1。
[0059]称取B溶胶总质量13.3%的聚乙烯吡咯烷酮,加入到B溶胶总质量66.6 %的N’N- 二甲基乙酰胺溶液中,磁力搅拌6h后,按照L1:Fe:P为1:1:1的摩尔比取B溶胶总质量20%的乙酸锂、硝酸铁、磷酸加入到上述混合液中磁力搅拌12h,得到混合均匀的B溶胶。
[0060](2)将上述制得的两种溶胶按照一层金属镍纤维再一层纳米磷酸铁锂纤维,最后是一层金属镍纤维的先后顺序在同一基体上进行静电纺丝,得到三明治结构的复合纤维毡;纺丝电压控制为22kV,推进栗速度为0.65mL/h,接收装置为平板,针头距平板距离为15cm0
[0061](3)为改善纤维间接触和表面形态,将纺出的三明治结构的复合纤维毡在3kg压力下于鼓风干燥箱中以130°C的干燥温度烘燥15小时,得到复合纤维正极材料前驱体。
[0062](4)将所得的纤维前驱体以1°C /min的升温速度升至270°C,在空气气氛中进行预氧化处理3小时;再放入氮气气氛炉中,于800°C下焙烧8小时,冷却,即得到复合纤维正极材料。
[0063]经检测,本实施例制得的复合纤维正极材料仍保持较好的纤维形貌和较大的长径比,呈现较纯的金属镍和磷酸铁锂晶相,由图10中本实施例复合纤维正极材料中金属镍纤维的TEM照片可以看出,该复合纤维正极材料的导电金属纤维直径在450?500nm。
[0064]将本实施例的复合纤维正极材料直接裁成电极片,以市场普通金属锂片、聚丙烯薄膜、LiPF6溶液分别作负极、隔膜、电解液,组装成CR2025型钮扣电池进行测试,在2C下充放电100次,电池容量保持在120mAh/g。
[0065]实施例3:
[0066]—种本发明的多层结构的磷酸铁锂基复合纤维正极材料,由2层金属镍纤维与2层纳米磷酸铁锂纤维交叉复合形成的自支撑四层结构,最底层为金属镍纤维。金属镍纤维的厚度50 μ m,平均直径约为400nm ;纳米磷酸铁锂纤维的厚度为50 μ m,该纤维的平均直径约为400nm。金属镍纤维的表面和纳米磷酸铁锂纤维的表面均包覆有碳层,碳层的厚度为50nm。纳米磷酸铁锂纤维与金属镍纤维的质量比为1:0.258。
[0067]本实施例的多层结构的磷酸铁锂基复合纤维正极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0068](I)先称取A溶胶总质量8%的PAN粉,加入到A溶胶总质量72%的DMF溶液中,磁力搅拌6h后,将A溶胶总质量20%的硝酸镍加入到上述混合液中磁力搅拌12h,得到混合均匀的A溶胶。
[0069]称取B溶胶总质量8 %的PAN粉,加入到B溶胶总质量72 %的DMF溶液中,磁力搅拌6h后,按照L1: Fe: P为1:1:1的摩尔比取B溶胶总质量20 %的乙酸锂、硝酸铁、磷酸加入到上述混合液中磁力搅拌12h,得到混合均匀的B溶胶。其中A溶胶和B溶胶质量比为1:1。
[0070](2)将上述制得的A、B两种溶胶按照一层金属镍纤维再一层纳米磷酸铁锂纤维的交替顺序在同一基体上进行静电纺丝,直至得到四层结构的复合纤维毡;纺丝电压控制为22kV,推进栗速度为0.8mL/h,接收装置为平板,针头距平板距离为20cm。
[0071](3)为改善纤维间接触和表面形态,将纺出的四层结构的复合纤维毡在5kg压力下于鼓风干燥箱中以120°C的干燥温度烘燥15小时,得到复合纤维正极材料前驱体。
[0072](4)将所得的纤维前驱体以1°C /min的升温速度升至280°C,在空气气氛中进行预氧化处理3小时;再放入氮气气氛炉中,于850°C下焙烧10小时,冷却,即得到复合纤维正极材料。
[0073]经检测,本实施例制得的复合纤维正极材料仍保持较好的纤维形貌和较大的长径比,呈现较纯的金属镍和磷酸铁锂晶相。
[0074]将本实施例制备的复合纤维正极材料直接裁成电极片,以市场普通金属锂片、聚丙烯薄膜、LiPFfr^液分别作负极、隔膜、电解液,组装成CR2025型钮扣电池进行测试,由图11可以看到,在0.1C、1C与5C三种不同倍率放电条件下,其放电比容量分别是151mA.h/g、125mA.h/g 和 88mA.h/g。
[0075]实施例4:
[0076]—种本发明的多层结构的磷酸铁锂基复合纤维正极材料,由50层金属镍纤维与50层纳米磷酸铁锂纤维交叉复合形成的自支撑多层结构,最底层为金属镍纤维。金属镍纤维的厚度2 μm,平均直径约为200nm ;纳米磷酸铁锂纤维的厚度为2 μπι该纤维的平均直径约为200nm。金属镍纤维的表面和纳米磷酸铁锂纤维的表面均包覆有碳层,碳层的厚度为50nm。纳米磷酸铁锂纤维与金属镍纤维的质量比为1:0.515。
[0077]本实施例的多层结构的磷酸铁锂基复合纤维正极材料的制备方法,包括以下步骤:
[0078](I)先称取A溶胶总质量6.66%的聚乙烯吡咯烷酮,加入到A溶胶总质量53.32%的N’ N- 二甲基乙酰胺溶液中,磁力搅拌6h后,将A溶胶总质量40 %的硝酸镍加入到上述混合液中磁力搅拌12h,得到混合均匀的A溶胶。
[0079]称取B溶胶总质量8.89%的聚乙烯吡咯烷酮,加入到B溶胶总质量71.11%的N’N- 二甲基乙酰胺溶液中,磁力搅拌6h后,按照L1:Fe:P为1:1:1的摩尔比取B溶胶总质量20%的乙酸锂、硝酸铁、磷酸加入到上述混合液中磁力搅拌12h,得到混合均匀的B溶胶。其中A溶胶和B溶胶质量比为1:1。
[0080](2)将上述制
当前第3页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1