靜電紡絲法制備鋰電介孔磷酸鐵鋰/碳微米帶正極材料的制作方法
【專利摘要】一種通過靜電紡絲法制備鋰電介孔磷酸鐵鋰/碳微米帶正極材料的方法。將物質的量比為1:1的LiH2PO4，Fe(NO3)3加入蒸餾水中，溶解后加入丙三醇，再向其中加入N，N?二甲基甲酰胺（DMF），攪拌，加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），攪拌后得到透明紡絲液。將配好的紡絲液進行靜電紡絲。將紡好后的高分子膜在空氣中進行預氧化。將預氧化后的前驅體在還原氣氛下進行煅燒。在管式爐中自然冷卻至室溫，制得樣品。本發明采用非模板法合成了該介孔材料，成本低、方法簡單，工藝環保。
【專利說明】
靜電紡絲法制備鋰電介孔磷酸鐵鋰/碳微米帶正極材料
技術領域
[0001]本發明屬于高能電池技術領域，特別是合成鋰離子電池正極材料的技術領域。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池正極材料橄欖石型磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)具有便宜、無毒、環境相容性好、礦藏豐富、電池循環容量高(理論容量170 mAh g—S能量密度550Wh g—3、熱穩定性好、使用壽命長、耐過充性能好等優勢，被認為是更具發展前景的、更安全的新一代鋰離子動力電池正極材料。然而，低的電子電導率和鋰離子擴散速率限制了其實際應用。
[0003]目前，對橄欖石LiFePO4的改性研究主要集中于(I)改進合成工藝，(2)離子摻雜，
(3)表面包覆。靜電紡絲是制備一維納米、微米級材料的方法，由于其成本低、方法簡單、技術成熟，因而被廣泛應用到很多領域。目前，通過靜電紡絲法制備LiFeP04/C納米線、納米纖維的研究較多，但通過靜電紡絲制備鋰離子電池正極材料介孔LiFeP(k/C微米帶復合物的方法還未見報道。該材料可通過靜電紡絲法制備前驅體，進一步高溫煅燒直接得到復合物，不通過模板，該合成過程既環保又簡單。目前國內外對LiFePO4進行表面碳包覆的研究還有:
1.XueguangZhang, Xudong Zhang, Wen He，Yuanzheng Yue，Hong Liu andJingyun Ma, B1carbon-coated LiFePCU nucleus nanoparticles enhancingelectrochemical performances, Chem.Commun., 2012，48，10093-10095.11.Xufeng Zhou, Feng Wang, Yimei Zhuj Zhaoping Liu, Graphene modifiedLiFePCU cathode materials for high power lithium 1n batteries, J.Mater.Chem., 2011， 21， 3353-3358.1I1.Zhipeng Maj Yuqian Fan, Guangjie Shao, Guiling Wang, Jianjun Song,and Tingting Liu, In situ catalytic synthesis of high-graphitized carbon-coated LiFePCU nanoplates for super1r li — 1n battery cathodes, ACS Appl.Mater.1nterfaces, 2015，7，2937-2943.1V.中國發明專利201110445613.2—種碳包覆的磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，其特征在于，該方法主要包括以下步驟:將磷酸鐵、氫氧化鋰和有機碳源混合、球磨、噴霧干燥、焙燒、粉碎;所述磷酸鐵和氫氧化鋰的摩爾比為1:1，所述磷酸鐵和有機碳源中Fe:C摩爾比為1:1。所制備的碳包覆的磷酸鐵鋰復合材料以及以此制備的磷酸鐵鋰電池正極，具有優良的電導率、振實密度與電化學性能，同時碳含量低、適合工業化大生產，同時其成本更低，更具應用前景，上述方法都存在合成工藝復雜，耗時長，產率低等缺點。本發明的目的在于提供一種工藝簡便、對環境無污染或少污染、產率高、能耗低、適用范圍廣的的鋰離子電池正極材料介孔磷酸亞鐵鋰/碳微米帶復合物的制備方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種由靜電紡絲技術合成鋰離子電池正極材料介孔磷酸鐵鋰/碳微米帶復合物的方法，解決現有磷酸鐵鋰正極材料存在的大倍率充放電性能較差的缺點。
[0005]本發明其特征在于下述步驟;采用靜電紡絲法，將磷酸鐵鋰前驅體配制成高濃度的紡絲液，直接紡成高分子薄膜，對其進行低溫預氧化，高溫煅燒，合成帶狀介孔磷酸鐵鋰/碳復合物。本發明采用非模板法合成了該材料，具有成本低、方法簡單，工藝環保等優點。具體合成步驟如下:
(I)將物質的量比為1:1的LiH2POhFe(NO3)3加入蒸餾水中，溶解后加入丙三醇攪拌均勻，再向其中加入二甲基甲酰胺(DMF)，攪拌20 min，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，攪拌后得到透明紡絲液；
(2 )將(I)中配好的紡絲液進行靜電紡絲；
(3)將紡好后的高分子膜在空氣中進行預氧化；
(4)將預氧化后的前驅體在還原氣氛下進行煅燒；
(5)在管式爐中自然冷卻至室溫，制得樣品。
【附圖說明】
[0006]圖1為所制備的介孔帶狀LiFePO4/碳微米帶復合物掃描電鏡圖。
[0007]圖2為所制備的介孔帶狀LiFePO4/碳微米帶復合物在2.3-4.3V電壓區間的倍率曲線圖。
[0008]圖3為介孔帶狀LiFePO4/碳微米帶復合物10C下的循環放電曲線圖。
【具體實施方式】
[0009](I)將LiH2PO^Fe(NO3)3加入蒸餾水中，溶解后加入丙三醇，攪拌10 min，再向其中加入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，攪拌20 min，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，攪拌10 h后得到透明紡絲液。
[0010](2)將(I)中配好的紡絲液進行靜電紡絲。正高壓調到18KV左右，負高壓調到-2KV左右，接收器和注射器之間的距離為18 cm左右，相對濕度10%，溫度為40 °C。
[0011](3)將紡好后的高分子膜在空氣中進行預氧化。
[0012](4)將預氧化后的前驅體在體積比為5:95的出/他保護氣氣體下進行煅燒。
[0013](5)在管式爐中自然冷卻至室溫，制得介孔帶狀磷酸鐵鋰/碳復合物樣品。
[0014](6)采用本發明所述條件合成的復合物裝配成扣式電池，在2.3-4.3 V電壓區間內，測試得到該材料有優異的倍率性能，在0.5 C下該復合物首次放電容量152 mAh g—S在15 C倍率下的放電容量為72 mAh g—、在10 C倍率下，首次放電容量82 mAh g—SlOO次充放電循環后容量保持率為94%( I C下LiFePO4的理論容量為170 mAh g—3。
【主權項】
1.靜電紡絲法制備鋰電介孔磷酸鐵鋰/碳微米帶正極材料。2.性能優異的鋰離子電池正極材料介孔磷酸鐵鋰/碳微米帶復合物，其特征在于: (1)將適量的LiH2PO^Fe(NO3)3加入蒸餾水中，溶解后，加入一定量的丙三醇，在向其中加入N，N —二甲基甲酰胺(NMP)，攪拌20 min，加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，攪拌10 h后得到透明紡絲液； (2)將上述攪拌均勻的紡絲液倒入注射器中，進行靜電紡絲，正高壓調到18KV左右，負高壓調到-2KV左右，接收器和注射器之間的距離為18 cm左右，相對濕度10%，溫度為40 °C ; (3)將紡好后的高分子膜在空氣中進行預氧化； 將預氧化后的前驅體在體積比為5:95的出/他保護氣氛下進行煅燒； (4)樣品在管式爐中自然冷卻至室溫，制得介孔磷酸鐵鋰/碳微米帶復合物。3.根據權利I所述介孔磷酸鐵鋰/碳微米帶復合物的制備方法，其特征在于，步驟I)采用的固態無機鹽為磷酸二氫鋰和硝酸鐵。4.根據權利I所述介孔磷酸鐵鋰/碳微米帶復合物制備方法，其特征在于，步驟I)采用雙溶劑:蒸餾水和DMF。5.根據權利I所述介孔磷酸鐵鋰/碳微米帶復合物的制備方法，其特征在于，步驟2)通過靜電紡絲法一步合成前驅體。6.根據權利I所述介孔磷酸鐵鋰/碳微米帶復合物的制備方法，其特征在于，步驟3)將紡好后的高分子膜在空氣中進行預氧化，將預氧化后的前驅體在體積比為5:95的出/他保護氣體下進行煅燒。7.根據權利I所述介孔磷酸鐵鋰/碳微米帶復合物的制備方法，其特征在于，步驟4)在管式爐中自然冷卻至室溫，制得樣品。
【文檔編號】H01M4/58GK106099060SQ201610557997
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月15日
【發明人】黃玉代, 張月, 賈殿贈
【申請人】新疆大學