一种碳纳米管与磷酸亚铁锂复合正极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种碳纳米管与磷酸亚铁锂复合正极材料的制备方法，属于能源材料制备领域。制备方法是将Fe、Ni催化剂、滑石粉与磷酸亚铁锂颗粒混合，高温下催化裂解碳源，在颗粒表面生长出碳纳米管，制备LiFePO4/CNT复合正极材料。本发明专利技术改善了磷酸亚铁锂的电子和离子电导率较低、大功率充放电时性能显著下降的缺点；本发明专利技术工艺简单、产物复合均匀，为锂电池提供一种新型正极材料，具有一定的应用前景。

Preparation of a carbon nanotube and lithium iron phosphate composite cathode material

The invention provides a preparation method of carbon nanotube and lithium phosphate lithium composite positive material, which belongs to the field of energy material preparation. The preparation method is to mix Fe, Ni catalyst, talcum powder and lithium iron phosphate particles, catalyze cracking carbon source at high temperature, and grow carbon nanotubes on the surface of particles, and prepare LiFePO4/CNT composite cathode materials. The invention improves the defects of the lithium iron phosphate, such as the low electron and ionic conductivity of the lithium iron phosphate and the significant decrease of the performance when charging and discharging at high power. The invention has the advantages of simple process and uniform product, providing a new cathode material for lithium battery, and has certain application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管与磷酸亚铁锂复合正极材料的制备方法
本专利技术是关于锂离子电池的，特别涉及一种制备锂离子电池的磷酸亚铁锂与碳纳米管(LiFePO4/CNT)复合正极材料的方法。
技术介绍
锂离子电池具有高能量密度、良好的循环性能、无记忆效应、工作温度范围广等优点，在电动车等大型动力电源领域有很大的应用前景。橄榄石结构的磷酸亚铁锂(LiFePO4)正极材料具有原材料来源丰富、价格低廉、无环境污染、容量较高(理论容量170mAh/g)等优点成为目前应用的热点。磷酸亚铁锂存在电子和离子电导率较低、大功率充放电时性能显著下降的缺点。目前关于改善磷酸亚铁锂性能的方法主要有碳包覆和金属离子掺杂等。碳纳米管是20世纪90年代发现的一种新型碳结构，它是一种中空的管状结构，管壁为一层或多层的石墨烯卷曲而成。碳纳米管的这种结构具有优异的电子、机械、光学、热学和储能性能，从而得到广泛关注。近年来，人们利用碳纳米管与能源材料进行复合以提升材料的电化学性能，如锂离子电池、太阳能电池等。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种LiFePO4/CNT正极材料的制备方法，制备出新型复合材料，改善磷酸亚铁锂的性能，克服磷酸亚铁锂存在的电子和离子电导率较低、大功率充放电时性能显著下降的缺点。本专利技术的一种碳纳米管与磷酸亚铁锂复合正极材料的制备方法，具有如下步骤：一种碳纳米管与磷酸亚铁锂复合正极材料的制备方法，具有如下步骤：(1)按质量比1∶10∶100称取催化剂、滑石粉和磷酸亚铁锂粉末，加入到无水乙醇或蒸馏水中，研磨搅拌或者超声混合10～60min，60～80℃烘干制得负载催化剂的磷酸亚铁锂载体；所述催化剂为硝酸铁、二茂铁、碳酸镍、氢氧化镍、乙酸镍中的一种或者几种。(2)将步骤(1)制得的磷酸亚铁锂载体平铺在氧化铝基片上，基片放在石英舟上，石英舟放在管式炉的石英管管首端部。通入惰性气体10～30min排除管内空气。所述惰性气体为氩气、氮气中的一种或者两者混合。(3)将管式炉升温至催化反应温度600～850℃，推入石英舟至炉中央，保温5～10min，通入还原气体，用注射器将液相碳源从管式炉进气端注入，以10～15ml/h的速率注入20～40min，在还原气氛下，停止加热随炉冷却至常温，取出管式炉内样品，得到磷酸亚铁锂与碳纳米管复合材料。所述液相碳源为乙醇、甲醇、环己烷、苯、甲苯中的一种或混合。所述还原气体为氢气与氩气、氮气中的一种或者任意混合。所述步骤(1)催化剂和磷酸亚铁锂粉末的优选质量比为1∶40。所述步骤(3)催化反应的优选温度为750℃。所述步骤(3)碳源优选注入速率为12ml/h，优选注入时间为30min。本专利技术的有益效果是，提供了一种LiFePO4/CNT正极材料的制备方法。该制备方法能将磷酸亚铁锂颗粒与碳纳米管均匀复合，改善了磷酸亚铁锂的电子和离子电导率较低、大功率充放电时性能显著下降的缺点。本专利技术工艺简单、产物复合均匀，为锂电池提供一种新型正极材料，具有一定的应用前景。具体实施方式本专利技术采用市售的化学纯原料，通过下面的具体实施例对本专利技术予以进一步说明。实施例1按质量比1∶10∶100称取碳酸镍、滑石粉和磷酸亚铁锂粉末，加入到无水乙醇中，研磨30min。80℃烘干，制得负载催化剂的磷酸亚铁锂载体。将磷酸亚铁锂载体平铺在氧化铝基片上，基片放在石英舟上，石英舟放在管式炉的石英管管首端部。将Ar气以150sccm速率通入半小时排除管内空气。将管式炉升温至750℃，推入石英舟至炉中央，5min后，Ar气气流调为300sccm，15ml/h注入环己烷，注液40min。停止加热，在氩气保护下随炉冷却至常温，取出管式炉内样品，即为LiFePO4/CNT复合材料。实施例2：按1∶10∶100称取二茂铁、滑石粉和磷酸亚铁锂粉末，加入到无水乙醇中，研磨搅拌30min。60℃烘干，制得负载催化剂的磷酸亚铁锂载体。将磷酸亚铁锂载体平铺在氧化铝基片上，基片放在石英舟上，石英舟放在管式炉的石英管管首端部。将Ar气以500sccm速率通入半小时排除管内空气。将管式炉升温至850℃，推入石英舟至炉中央，5min后，Ar气气流调为300sccm，15ml/h注入乙醇30min。停止加热，在氩气保护下随炉冷却至常温，取出管式炉内样品，即为LiFePO4/CNT复合材料。实施例3：按1∶10∶100称取硝酸铁和氢氧化镍、滑石粉和磷酸亚铁锂粉末，加入到蒸馏水中，研磨搅拌30min。60℃烘干，制得负载催化剂的磷酸亚铁锂载体。将磷酸亚铁锂载体平铺在氧化铝基片上，基片放在石英舟上，石英舟放在管式炉的石英管管首端部。将Ar气以500sccm速率通入半小时排除管内空气。将管式炉升温至750℃，推入石英舟至炉中央，5min后，Ar气气流调为300sccm，15ml/h注入乙醇40min。在停止加热，在氩气保护下随炉冷却至常温，取出管式炉内样品，即为LiFePO4/CNT复合材料。实施例4：按质量比1∶10∶100称取乙酸镍、滑石粉和磷酸亚铁锂粉末，加入到无水乙醇中，超声混合30min。60℃烘干，制得负载催化剂的磷酸亚铁锂载体。将磷酸亚铁锂载体平铺在氧化铝基片上，基片放在石英舟上，石英舟放在管式炉的石英管管首端部。将Ar气以300sccm速率通入半小时排除管内空气。将管式炉升温至700℃，推入石英舟至炉中央，5min后，Ar气气流调为150sccm，10ml/h注入苯和甲苯1∶1混合液30min。停止加热，在氮气保护下随炉冷却至常温，取出管式炉内样品，即为LiFePO4/CNT复合材料。实施例5：按质量比1∶10∶100称取硝酸铁、滑石粉和磷酸亚铁锂粉末，加入到无水乙醇中，研磨搅拌30min。60℃烘干，制得负载催化剂的磷酸亚铁锂载体。将磷酸亚铁锂载体平铺在氧化铝基片上，基片放在石英舟上，石英舟放在管式炉的石英管管首端部。将Ar气以500sccm速率通入半小时排除管内空气。将管式炉升温至800℃，推入石英舟至炉中央，5min后，Ar气气流调为300sccm，通入H2100sccm，15ml/h注入5ml甲醇和6ml乙醇的混合液30min。停止加热，在氩气保护下随炉冷却至常温，取出管式炉内样品，即为LiFePO4/CNT复合材料。实施例6：按质量比1∶10∶100称取碳酸镍、滑石粉和磷酸亚铁锂粉末，加入到无水乙醇中，超声混合30min。60℃烘干，制得负载催化剂的磷酸亚铁锂载体。将磷酸亚铁锂载体平铺在氧化铝基片上，基片放在石英舟上，石英舟放在管式炉的石英管管首端部。将Ar气以150sccm速率通入半小时排除管内空气。将管式炉升温至600℃，推入石英舟至炉中央，5min后，Ar气气流调为300sccm，12ml/h注入环己烷40min。停止加热，在惰性气氛保护下随炉冷却至常温，取出管式炉内样品，即为LiFePO4/CNT复合材料。本专利技术所制备的LiFePO4/CNT复合材料，检测方法为通过扫描电子显微镜对样品进行形貌分析，并测试材料的电导率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管与磷酸亚铁锂复合正极材料的制备方法，具有如下步骤：(1)按质量比1∶10∶100称取催化剂、滑石粉和磷酸亚铁锂粉末，加入到无水乙醇或蒸馏水中，研磨搅拌或者超声混合10～60min，60～80℃烘干制得负载催化剂的磷酸亚铁锂载体；所述催化剂为硝酸铁、二茂铁、碳酸镍、氢氧化镍、乙酸镍中的一种或者几种；(2)将步骤(1)制得的磷酸亚铁锂载体平铺在氧化铝基片上，基片放在石英舟上，石英舟 放在管式炉的石英管管首端部；通入惰性气体10～30min排除管内空气；所述惰性气体为氩气、氮气中的一种或者两者混合；(3)将管式炉升温至催化反应温度600～850℃，推入石英舟至炉中央，保温5～10min， 通入还原气体，用注射器将液相碳源从管式炉进气端注入，以10～15ml/h的速率注入20～ 40min；停止加热，在惰性气氛保护下随炉冷却至常温，取出管式炉内样品，得到磷酸亚铁 锂与碳纳米管复合材料；所述还原气体为氢气与氩气、氮气中的一种或者任意混合；所述液相碳源为乙醇、甲醇、环己烷、苯、甲苯中的一种或者任意混合。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管与磷酸亚铁锂复合正极材料的制备方法，具有如下步骤：(1)按质量比1∶10∶100称取催化剂、滑石粉和磷酸亚铁锂粉末，加入到无水乙醇或蒸馏水中，研磨搅拌或者超声混合10～60min，60～80℃烘干制得负载催化剂的磷酸亚铁锂载体；所述催化剂为硝酸铁、二茂铁、碳酸镍、氢氧化镍、乙酸镍中的一种或者几种；(2)将步骤(1)制得的磷酸亚铁锂载体平铺在氧化铝基片上，基片放在石英舟上，石英舟放在管式炉的石英管管首端部；通入惰性气体10～30min排除管内空气；所述惰性气体为氩气、氮气中的一种或者两者混合；(3)将管式炉升温至催化反应温度600～850℃，推入石英舟至炉中央，保温5～10min，通入还原气体，用注射器将液相碳源从管式炉进气端注入，以1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱德康，
申请(专利权)人：绵阳梨坪科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51