一種電動汽車使用的鋰電池用正極材料的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種電動汽車使用的鋰電池用正極材料，該正極材料的原料包括：碳納米管、聚碳酸酯、聚乙二醇、檸檬酸、纖維素、二硫亞砜、石墨烯、碳酸鈉、芳烴油、聚丙烯酰胺、大豆卵磷脂、過硫酸銨、硫酸鋰鐵、硬脂酸、聚甲基丙烯酸鈉、乙酸乙酯。其制備方法是先制備改性碳納米管和改性石墨烯，然后將其與硫酸鋰鐵、硬脂酸、聚甲基丙烯酸鈉、乙酸乙酯、分散劑混合，混合物經炭化后用去離子水清洗，干燥，即得。本發明提供的電動汽車使用的鋰電池用正極材料具有較高的首次放電效率和放電容量，而且多次循環后的電容損失率較低，提升了放電容量，具有很大的推廣價值。
【專利說明】
[0001] 一種電動汽車使用的鋰電池用正極材料
技術領域
[0002] 本發明屬于鋰電池正極材料技術領域，具體涉及一種電動汽車使用的鋰電池用正 極材料。
[0003]
【背景技術】
[0004] 鋰離子電池是目前最具實用性和發展前景的高能二次電池，由于商業化鋰離子電 池中碳負極的比容量高達以上300mAh ? g<，而價格較高的正極材料的比容量較低。為了達 到容量匹配，需使用更多的正極材料，使得正極材料占有整個電池成本的40%以上，而電池 的安全性也在很大程度上取決于正極材料，因此研究、開發價格低廉、性能優異、安全性好 的正極材料是當前鋰離子電池研究的熱點。目前，廣泛使用的正極材料有LiCo0 2、LiNi02和 LiMn2〇4等，但LiC〇02的實際比容量較低，且鈷有毒資源有限，在深度充放電過程中易釋放出 氧而產生爆炸;LiNi0 2難以計量比合成、批次穩定性較差;LiMn2〇4循環穩定性差，這些缺點 都對鋰離子電池尤其是動力電池的大規模商業化應用造成障礙。
[0005] 橄欖石結構的LiFeP〇4比容量高（理論比容量170mAh ? g-I實際比容量高于 130mAh*g4)，熱穩定性和循環性能優異，在全充電狀態下具有良好的熱穩定性和安全性， 并且原料來源豐富、價格低廉、環境友好，是極具潛力和開發價值的正極材料，其大規模生 產需求符合我國可持續發展的戰略方針。目前制約其大規模應用的主要問題是其較差的電 子電導率和裡離子擴散性能，雖然通過包覆、摻雜或形貌控制等能提高LiFePCk的電化學性 能，且其中LiFePCk的也已經部分產業化，但LiFeP〇4正極材料的性能還需要進一步完善，尤 其是在高倍率下充放電性能的改善，而這對于動力電池材料的開發是至關重要的。
[0006]
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是克服現有技術的不足而提供一種電動汽車使用的鋰電池用正極 材料及其制備方法，該正極材料具有較高的首次放電效率和放電容量，而且多次循環后的 電容損失率較低。
[0008] -種電動汽車使用的鋰電池用正極材料，原料以重量份計包括:碳納米管5~10 份，聚碳酸酯2~6份，聚乙二醇2~5份，梓檬酸1~3份，纖維素 3~8份，二硫亞砜3~7份，石 墨稀5~10份，碳酸鈉 2~6份，芳經油3~7份，聚丙稀酰胺1~5份，大豆卵磷脂2~6份，過硫 酸銨1~5份，硫酸鋰鐵10~20份，硬脂酸2~5份，聚甲基丙烯酸鈉 1~7份，乙酸乙酯2~6份。
[0009] 進一步地，所述纖維素為羥丙基甲基纖維素或羥乙基纖維素。
[0010] 進一步地，所述芳烴油為甲苯或二甲苯。
[0011] 進一步地，所述分散劑為氯化苯二甲烴銨或十二烷基二氨基乙基甘氨酸。
[0012] 所述電動汽車使用的鋰電池用正極材料的制備方法，包括以下步驟： 步驟1，取碳納米管、聚碳酸酯、聚乙二醇、檸檬酸、纖維素加至水中，超聲分散，滴加二 硫亞砜，攪拌，60~90°C回流反應4~6h，放冷后經抽濾、洗滌、干燥，得到改性碳納米管； 步驟2，取石墨烯、碳酸鈉、芳烴油、聚丙烯酰胺、大豆卵磷脂、過硫酸銨，混合，在0) 2氣 氛下50~70°C攪拌反應3~6h，放冷后經抽濾、洗滌、干燥，得到改性石墨烯； 步驟3,取改性碳納米管、改性石墨烯、硫酸鋰鐵、硬脂酸、聚甲基丙烯酸鈉、乙酸乙酯、 分散劑，混合，混合物在氬氣氛圍中升溫炭化，冷卻至室溫后將用去離子水清洗，干燥，即 得。
[0013] 進一步地，步驟1中水的溫度為〇~4°c。
[0014] 進一步地，步驟1中超聲分散條件為30~60KHz、10~15min。
[0015] 進一步地，步驟2中攪拌速度為200~400rpm。
[0016] 進一步地，步驟3中炭化條件為800~1000°C、2~4h。
[0017] 進一步地，步驟3中干燥溫度為90~120 °C。
[0018]本發明提供的電動汽車使用的鋰電池用正極材料首次放電容量在7mAh/g以上，首 次放電效率達到了70%以上，1000個循環后的放電容量損失率達到了3.2%以下，電流30C放 電容量達到了 695mAh/g以上，電流30C放電容量率達到了 95.3%以上。
[0019]
【具體實施方式】 [0020] 實施例1 一種電動汽車使用的鋰電池用正極材料，原料以重量份計包括:碳納米管5份，聚碳酸 酯2份，聚乙二醇2份，檸檬酸1份，纖維素3份，二硫亞砜3份，石墨烯5份，碳酸鈉2份，芳烴油3 份，聚丙烯酰胺1份，大豆卵磷脂2份，過硫酸銨1份，硫酸鋰鐵10份，硬脂酸2份，聚甲基丙烯 酸鈉1份，乙酸乙酯2份。
[0021]其中，所述纖維素為羥丙基甲基纖維素，芳烴油為甲苯，分散劑為氯化苯二甲烴 銨。
[0022]所述電動汽車使用的鋰電池用正極材料的制備方法，包括以下步驟： 步驟1，取碳納米管、聚碳酸酯、聚乙二醇、檸檬酸、纖維素加至水中，超聲分散，滴加二 硫亞砜，攪拌，60°C回流反應6h，放冷后經抽濾、洗滌、干燥，得到改性碳納米管； 步驟2，取石墨烯、碳酸鈉、芳烴油、聚丙烯酰胺、大豆卵磷脂、過硫酸銨，混合，在0)2氣 氛下50°C攪拌反應6h，放冷后經抽濾、洗滌、干燥，得到改性石墨烯； 步驟3,取改性碳納米管、改性石墨烯、硫酸鋰鐵、硬脂酸、聚甲基丙烯酸鈉、乙酸乙酯、 分散劑，混合，混合物在氬氣氛圍中升溫炭化，冷卻至室溫后將用去離子水清洗，干燥，即 得。
[0023]其中，步驟1中水的溫度為0°C，超聲分散條件為30KHz、15min;步驟2中攪拌速度為 200rpm;步驟3中炭化條件為800°C、4h，干燥溫度為90°C。
[0024] 實施例2 一種電動汽車使用的鋰電池用正極材料，原料以重量份計包括:碳納米管8份，聚碳酸 酯4份，聚乙二醇3份，檸檬酸2份，纖維素6份，二硫亞砜5份，石墨烯8份，碳酸鈉3份，芳烴油4 份，聚丙烯酰胺2份，大豆卵磷脂4份，過硫酸銨2份，硫酸鋰鐵15份，硬脂酸3份，聚甲基丙烯 酸鈉5份，乙酸乙酯2份。
[0025]其中，所述纖維素為羥乙基纖維素，芳烴油為二甲苯，分散劑為十二烷基二氨基乙 基甘氨酸。
[0026]所述電動汽車使用的鋰電池用正極材料的制備方法，包括以下步驟： 步驟1，取碳納米管、聚碳酸酯、聚乙二醇、檸檬酸、纖維素加至水中，超聲分散，滴加二 硫亞砜，攪拌，70°C回流反應5h，放冷后經抽濾、洗滌、干燥，得到改性碳納米管； 步驟2，取石墨烯、碳酸鈉、芳烴油、聚丙烯酰胺、大豆卵磷脂、過硫酸銨，混合，在0)2氣 氛下60°C攪拌反應4h，放冷后經抽濾、洗滌、干燥，得到改性石墨烯； 步驟3,取改性碳納米管、改性石墨烯、硫酸鋰鐵、硬脂酸、聚甲基丙烯酸鈉、乙酸乙酯、 分散劑，混合，混合物在氬氣氛圍中升溫炭化，冷卻至室溫后將用去離子水清洗，干燥，即 得。
[0027]其中，步驟1中水的溫度為4°C，超聲分散條件為50KHz、lOmin;步驟2中攪拌速度為 300rpm;步驟3中炭化條件為900°C、3h，干燥溫度為100°C。
[0028] 實施例3 一種電動汽車使用的鋰電池用正極材料，原料以重量份計包括:碳納米管8份，聚碳酸 酯5份，聚乙二醇3份，檸檬酸2份，纖維素4份，二硫亞砜6份，石墨烯9份，碳酸鈉4份，芳烴油6 份，聚丙烯酰胺3份，大豆卵磷脂5份，過硫酸銨3份，硫酸鋰鐵14份，硬脂酸3份，聚甲基丙烯 酸鈉4份，乙酸乙酯3份。
[0029] 其中，所述纖維素為羥丙基甲基纖維素，芳烴油為甲苯，分散劑為氯化苯二甲烴 銨。
[0030] 所述電動汽車使用的鋰電池用正極材料的制備方法，包括以下步驟： 步驟1，取碳納米管、聚碳酸酯、聚乙二醇、檸檬酸、纖維素加至水中，超聲分散，滴加二 硫亞砜，攪拌，80°C回流反應4h，放冷后經抽濾、洗滌、干燥，得到改性碳納米管； 步驟2，取石墨烯、碳酸鈉、芳烴油、聚丙烯酰胺、大豆卵磷脂、過硫酸銨，混合，在0)2氣 氛下55°C攪拌反應4h，放冷后經抽濾、洗滌、干燥，得到改性石墨烯； 步驟3,取改性碳納米管、改性石墨烯、硫酸鋰鐵、硬脂酸、聚甲基丙烯酸鈉、乙酸乙酯、 分散劑，混合，混合物在氬氣氛圍中升溫炭化，冷卻至室溫后將用去離子水清洗，干燥，即 得。
[0031] 其中，步驟1中水的溫度為4°C，超聲分散條件為30KHZ、15min;步驟2中攪拌速度為 200rpm;步驟3中炭化條件為800 °C、4h，干燥溫度為90~120 °C。
[0032] 實施例4 一種電動汽車使用的鋰電池用正極材料，原料以重量份計包括:碳納米管10份，聚碳酸 酯6份，聚乙二醇5份，檸檬酸3份，纖維素8份，二硫亞砜7份，石墨烯10份，碳酸鈉6份，芳烴油 7份，聚丙烯酰胺5份，大豆卵磷脂6份，過硫酸銨5份，硫酸鋰鐵20份，硬脂酸5份，聚甲基丙烯 酸鈉7份，乙酸乙酯6份。
[0033] 其中，所述纖維素為羥丙基甲基纖維素，芳烴油為甲苯，分散劑為氯化苯二甲烴 銨。
[0034]所述電動汽車使用的鋰電池用正極材料的制備方法，包括以下步驟： 步驟1，取碳納米管、聚碳酸酯、聚乙二醇、檸檬酸、纖維素加至水中，超聲分散，滴加二 硫亞砜，攪拌，90°C回流反應4h，放冷后經抽濾、洗滌、干燥，得到改性碳納米管； 步驟2，取石墨烯、碳酸鈉、芳烴油、聚丙烯酰胺、大豆卵磷脂、過硫酸銨，混合，在0)2氣 氛下70°C攪拌反應3h，放冷后經抽濾、洗滌、干燥，得到改性石墨烯； 步驟3,取改性碳納米管、改性石墨烯、硫酸鋰鐵、硬脂酸、聚甲基丙烯酸鈉、乙酸乙酯、 分散劑，混合，混合物在氬氣氛圍中升溫炭化，冷卻至室溫后將用去離子水清洗，干燥，即 得。
[0035]其中，步驟1中水的溫度為4°C，超聲分散條件為60KHz、10min;步驟2中攪拌速度為 400rpm;步驟3中炭化條件為1000 °C、2h，干燥溫度為120 °C。
[0036] 實施例5 本實施例與實施例3的區別在于:正極材料的原料不包含檸檬酸。
[0037] 實施例6 本實施例與實施例3的區別在于:正極材料的原料不包含碳酸鈉。
[0038] 將實施例1至6所得正極材料進行性能測試，結果如下：
由上表可知，本發明提供的電動汽車使用的鋰電池用正極材料首次放電容量在7mAh/g 以上，首次放電效率達到了70%以上，1000個循環后的放電容量損失率達到了3.2%以下，電 流30(：放電容量達到了69511^11/^以上，電流30(：放電容量率達到了95.3%以上。實施例5中，由 于沒有加入檸檬酸，導致首次放電容量明顯降低、1000個循環后的放電容量損失率下降較 為明顯，同時電流30C放電容量也降低較為嚴重，可能是因為檸檬酸的加入可以讓碳納米管 呈現空隙結構，增大了放電容量，提高了電容穩定性;實施例6中由于沒有加入碳酸鈉，導致 首次放電效率降低，同時1000個循環后的放電容量損失率也下降，表明碳酸鈉的引入會改 變石墨稀的結構，從而影響放電效率和放電穩定性。
【主權項】
1. 一種電動汽車使用的鋰電池用正極材料，其特征在于:原料以重量份計包括:碳納米 管5~10份，聚碳酸酯2~6份，聚乙二醇2~5份，梓檬酸1~3份，纖維素3~8份，二硫亞砜3~ 7份，石墨烯5~10份，碳酸鈉2~6份，芳烴油3~7份，聚丙烯酰胺1~5份，大豆卵磷脂2~6 份，過硫酸銨1~5份，硫酸鋰鐵10~20份，硬脂酸2~5份，聚甲基丙烯酸鈉1~7份，乙酸乙酯 2~6份。2. 根據權利要求1所述的電動汽車使用的鋰電池用正極材料，其特征在于:所述纖維素 為羥丙基甲基纖維素或羥乙基纖維素。3. 根據權利要求1所述的電動汽車使用的鋰電池用正極材料，其特征在于:所述芳烴油 為甲苯或二甲苯。4. 根據權利要求1所述的電動汽車使用的鋰電池用正極材料，其特征在于:所述分散劑 為氯化苯二甲烴銨或十二烷基二氨基乙基甘氨酸。5. 權利要求1所述的電動汽車使用的鋰電池用正極材料的制備方法，其特征在于:包括 以下步驟： 步驟1，取碳納米管、聚碳酸酯、聚乙二醇、檸檬酸、纖維素加至水中，超聲分散，滴加二 硫亞砜，攪拌，60~90°C回流反應4~6h，放冷后經抽濾、洗滌、干燥，得到改性碳納米管； 步驟2，取石墨烯、碳酸鈉、芳烴油、聚丙烯酰胺、大豆卵磷脂、過硫酸銨，混合，在CO2氣氛 下50~70°C攪拌反應3~6h，放冷后經抽濾、洗滌、干燥，得到改性石墨烯； 步驟3,取改性碳納米管、改性石墨烯、硫酸鋰鐵、硬脂酸、聚甲基丙烯酸鈉、乙酸乙酯、 分散劑，混合，混合物在氬氣氛圍中升溫炭化，冷卻至室溫后將用去離子水清洗，干燥，即 得。6. 根據權利要求5所述的電動汽車使用的鋰電池用正極材料的制備方法，其特征在于： 步驟1中水的溫度為0~4°C。7. 根據權利要求5所述的電動汽車使用的鋰電池用正極材料的制備方法，其特征在于： 步驟1中超聲分散條件為30~60KHz、10~15min。8. 根據權利要求5所述的電動汽車使用的鋰電池用正極材料的制備方法，其特征在于： 步驟2中攪拌速度為200~400rpm。9. 根據權利要求5所述的電動汽車使用的鋰電池用正極材料的制備方法，其特征在于： 步驟3中炭化條件為800~1000°C、2~4h。10. 根據權利要求5所述的電動汽車使用的鋰電池用正極材料的制備方法，其特征在 于:步驟3中干燥溫度為90~120 °C。
【文檔編號】H01M4/58GK105958065SQ201610402031
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月11日
【發明人】劉平
【申請人】劉平