一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，提出了一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法及应用。所述一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法，将表面具有含氧基团的活性碳纤维、经硅烷偶联剂改性的磷酸铁颗粒与锂源混合后，烧结，得到磷酸铁锂/碳纤维复合材料。通过上述技术方案，解决了现有技术中的制备电池材料过程中材料颗粒易发生团聚，造成其致密性差，进而锂电池首次充放电容量低、循环性能、导电性能和储电性能差问题。和储电性能差问题。和储电性能差问题。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体的，涉及一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]锂电池包含活性正极材料、活性负极材料、隔膜和电解液，其中正极材料的性能是决定锂离子电池优良的关键。锂电池的正极由正极活性物质、粘合剂和添加剂混合形成胶合剂涂抹于集流体铜箔上，经干燥、滚压而成。
[0003]用于锂电池的活性正极材料可以由含锂过渡金属氧化物构成，例如LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2和二元或三元化合物(LiCo
(1
‑
x
‑
y)
Ni
x
Mn
y
O2)、硫属元素化合物如MoS2、金属磷酸盐如LiFePO4。由于这些化合物具有层状晶体结构，锂离子可以可逆地嵌入这些结构中或者从这些结构中解脱。为此，常常使用这些化合物作为用于锂电池的活性正极材料。其中磷酸铁锂材料具备原材料来源丰富、环保无毒、工作电压高、热稳定性好等诸多优点，被认为是新一代锂离子电池的理想正极材料。
[0004]近几年来，磷酸铁锂动力电池以其绝对安全可靠、超长循环寿命、平稳的放电平台等优点备受全球锂电池专家的青睐，取得了迅速的发展。可以说磷酸铁锂动力电池完全解决了钴酸锂和锰酸锂电池的安全隐患问题，引领中国锂电池行业迈向新的时代。
[0005]近些年来，为了提高车用电池的效能及寿命，本领域技术人员均致力于研究提高锂电池的首次充放电容量与循环性能、寿命等，并致力于降低成本。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法及应用，解决了相关技术中的制备电池材料过程中材料颗粒易发生团聚，造成其致密性差，进而锂电池首次充放电容量低、循环性能、导电性能和储电性能差问题。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法，将表面具有含氧基团的活性碳纤维、经硅烷偶联剂改性的磷酸铁颗粒与锂源混合后，烧结，得到磷酸铁锂/碳纤维复合材料。
[0009]作为进一步的技术方案，所述烧结温度为750
‑
850℃，烧结时间为3
‑
7h。
[0010]作为进一步的技术方案，所述活性碳纤维与磷酸铁颗粒的质量比为(0.1
‑
0.2):1。
[0011]作为进一步的技术方案，所述磷酸铁颗粒与锂源的摩尔比为1:1.03。
[0012]作为进一步的技术方案，所述含氧基团包括羟基、羧基、羰基、内酯基中的一种或几种。
[0013]作为进一步的技术方案，所述含氧基团包括碱性基团和酸性基团，所述酸性基团的含量为0.6
‑
0.8mg/g，碱性基团的含量为0.4
‑
0.5mg/g。
[0014]作为进一步的技术方案，所述表面具有含氧基团的活性碳纤维由将预氧化的纤维活化后，浸泡在过氧化氢溶液中制得。
[0015]作为进一步的技术方案，所述预氧化时，升温速率为6
‑
10℃/min，温度为400
‑
450℃，时间为100
‑
120min。
[0016]作为进一步的技术方案，所述活化时，活化剂为水蒸汽，活化时间为50
‑
80min。
[0017]作为进一步的技术方案，所述纤维包括粘胶纤维、沥青纤维、植物纤维、聚丙烯腈纤维、聚氯乙烯纤维中的一种或几种。
[0018]作为进一步的技术方案，所述过氧化氢溶液的浓度≤30％。
[0019]作为进一步的技术方案，所述浸泡过程中超声处理，超声频率为200
‑
300kHz，超声时间为20
‑
30min。
[0020]作为进一步的技术方案，所述经硅烷偶联剂改性的磷酸铁颗粒制备方法如下：将铁源与氨基酸混合后，加入磷源，烧结，得到磷酸铁；将得到的磷酸铁与硅烷偶联剂混合，得到经硅烷偶联剂改性的磷酸铁颗粒。
[0021]作为进一步的技术方案，所述烧结前还需要烘干，烘干温度为105
‑
150℃，烘干时间为4
‑
6h。
[0022]作为进一步的技术方案，所述烧结温度为650
‑
700℃，烧结时间为1
‑
2h。
[0023]作为进一步的技术方案，所述铁源与氨基酸、磷源的摩尔比为1:(1
‑
2):1。
[0024]作为进一步的技术方案，所述硅烷偶联剂为含氨基硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂的加入量为硅元素摩尔量:磷酸铁摩尔量为(1
‑
1.05):1。
[0025]作为进一步的技术方案，所述氨基酸包括甲硫氨酸、谷氨酸、甘氨酸、赖氨酸中的一种或几种；
[0026]所述铁源包括硫酸铁、硝酸铁、氯化铁和柠檬酸铁中的一种或几种；
[0027]所述磷源包括磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂中的一种或几种。
[0028]作为进一步的技术方案，所述氨基酸包括谷氨酸和赖氨酸。
[0029]作为进一步的技术方案，所述谷氨酸和赖氨酸的质量比为1:1。
[0030]作为进一步的技术方案，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、硫酸锂、硝酸锂、氯化锂中的一种或几种。
[0031]本专利技术的工作原理及有益效果为：
[0032]本专利技术一方面将铁源与氨基酸混合形成铁配合物，保证了铁元素分布的均匀性，进而提高了锂电池首次充放电容量、循环性能、导电性能和储电性能；另一方面通过硅烷偶联剂水解后与纳米磷酸铁粉体表面发生反应，进而使硅烷偶联剂接枝在纳米磷酸铁粉体的表面，纳米磷酸铁粉体表面的硅烷偶联剂会与功能化活性碳纤维表面的酸性基团反应，使磷酸铁颗粒接枝到活性炭纤维上，避免了颗粒易发生团聚，造成其致密性差的现象，提高了锂电池首次充放电容量、循环性能、导电性能和储电性能。
附图说明
[0033]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0034]图1为本专利技术实施例1提供的磷酸铁锂/碳纤维复合材料粉体的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本专利技术保护的范围。
[0036]实施例1
[0037]S1、制备表面具有含氧基团的活性碳纤维：将聚丙烯腈纤维以10℃/min的升温速率升温至400℃后，进行120min的预氧化处理，得到预氧化丝，将预氧化丝以水蒸汽为活化剂进行50min的活化处理，然后浸泡在浓度为30％的过氧化氢溶液中，在200kHz下超声30min，得到表面具有含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，将表面具有含氧基团的活性碳纤维、经硅烷偶联剂改性的磷酸铁颗粒与锂源混合后，烧结，得到磷酸铁锂/碳纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述含氧基团包括羟基、羧基、羰基、内酯基中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述含氧基团包括碱性基团和酸性基团，所述酸性基团的含量为0.6
‑
0.8mg/g，碱性基团的含量为0.4
‑
0.5mg/g。4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述表面具有含氧基团的活性碳纤维由将预氧化的纤维活化后，浸泡在过氧化氢溶液中制得。5.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述过氧化氢溶液的浓度≤30％。6.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂/碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述经...

【专利技术属性】
技术研发人员：张千，张建平，张川，
申请(专利权)人：河北麦森钛白粉有限公司，
类型：发明
国别省市：