【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池材料，具体涉及一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池(简称锂电池)是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一，因其具有高比容量、高电压、高安全性等特点而受到越来越多的关注和重视。锂离子电池正极材料是锂电池的重要组成部分，直接影响着锂离子电池的性能，为了锂电池能达到优秀的放电性能，需要正极材料有更好的离子导电性和电子导电性，磷酸铁锂和磷酸锰铁锂均为锂离子电池正极材料，广泛应用于电动车和储能系统等领域。但是磷酸铁锂和磷酸锰铁锂正极材料导电性较差，现有技术主要是使用碳包覆的方法来提高其导电性，然而磷酸铁锂和磷酸锰铁锂的合成温度在700℃左右，而包覆用的碳材料普遍需要经过800℃高温处理才能达到理想的电子导电性，导致现有正极材料的电子导电性有限，并且碳材料在没有掺杂的情况下，离子导电性也有限。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，旨在解决现有正极材料碳包覆层离子导电性和电子导电性较差的技术问题，提高正极材料的电子导电性能和离子导电性能。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、本专利技术提供了一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，包括如下制备步骤：
4、步骤一、采用气体等离子体工艺对碳纳米管进行表面改性，获得改性碳纳米管；所述改性碳纳米管为氢化碳纳米管或氨化碳纳米管；
5、步骤二、使用
6、步骤三、将磺化碳材料、水进行混合，对混合溶液进行砂磨处理，均匀分散后获得导电碳包覆添加剂；
7、步骤四、将磷酸铁锂前驱体或/和磷酸锰铁锂前驱体和导电碳包覆添加剂混合均匀，在惰性气氛下烧结，获得锂电池正极材料。
8、本专利技术通过先对碳纳米管进行表面改性，获得氢/氨化碳纳米管，再对改性碳纳米管和有机碳进行磺化处理并配制成水溶液，最后与磷酸铁锂前驱体进行混合煅烧获得碳包覆磷酸铁锂正极材料，本专利技术制得的正极材料碳包覆层在700℃左右，可以获得高离子导电性和高电子导电性。
9、具体的，本专利技术通过对碳纳米管进行氢/氨化制备氢/氨化碳纳米管，一方面，经试验发现，氢/氨化碳纳米管可提高碳纳米管的分散效果，可缩短碳纳米管的分散时间，后续碳纳米管与有机碳进行混合磺化处理时，不需要长时间对碳纳米管进行研磨分散，即可获得均匀混合的物料，且氢化/氨后的碳纳米管彼此分散，更有利于提高磺化处理效果，最终提高正极材料碳包覆层的导电性；另一方面，氢/氨化碳纳米管增加了碳纳米管表面连接的氢/氨原子量，使磺化处理时，更多的磺酸基团取代碳纳米管表面的氢/氨原子，提高碳纳米管的磺化程度，表面连接多个磺酸基团的碳纳米管分散性更好，能使碳纳米管与正极材料其他组分均匀混合，且均匀分散于碳包覆层中，可提高碳包覆层的导电性，且多个磺酸基团提供了更多的离子导电路径，可进一步提高碳包覆层的离子导电性。
10、本专利技术通过采用三氧化硫磺化法，可减少杂质产生，避免添加剂中的杂质影响正极材料的导电性能。
11、本专利技术的制备方法通过对碳纳米管和有机碳进行磺化处理，有利于提高碳纳米管和有机碳的分散性能，配制成水溶液后再与磷酸铁锂前驱体进行混合，简单的机械搅拌后即可获得均匀分散的混合物料，煅烧后可获得高电子导电性和高离子导电性的碳包覆磷酸铁锂正极材料。
12、其中，步骤一的具体方法为：将碳纳米管放置于等离子体系统的反应腔中，向等离子体系统中通入反应气体，控制等离子体系统功率为25-1000w，气体气压为10-150pa，反应时间为20-30min，反应温度控制在20-150℃，获得改性碳纳米管。
13、通过控制上述反应条件，更有利于在碳纳米管表面连接氢/氨原子，提高磺化反应程度，进而使本专利技术的添加剂更有利于提高正极材料的离子导电性和电子导电性。当等离子体功率过高时，或反应时间过长时，或温度过高时，会导致碳纳米管被蚀刻，导致碳纳米管导电性变差；而当等离子体功率或温度过低，或反应时间过短时，碳纳米管表面只能连接少量氢/氨原子，影响后续的磺化反应，导致本专利技术的添加剂对正极材料的离子导电性和电子导电性的提升有限，导电性难以达到需求。
14、具体的，所述等离子体系统功率可以为但不限于25w、100w、200w、300w、400w、500w、600w、700w、800w、900w、1000w。所述气体气压可以为但不限于10pa、30pa、50pa、70pa、90pa、100pa、120pa、150pa。所述反应时间可以但不限于为20min、21min、23min、25min、27min、30min。所述等离子体工艺的反应温度可以为但不限于20℃、50℃、70℃、100℃、120℃、150℃。
15、具体的，所述反应气体为氢气、氨气中的至少一种。
16、其中，步骤一中，所述反应气体的通气量与所述碳纳米管的质量比为1-100sccm/g，具体可以为但不限于1sccm/g、10sccm/g、20sccm/g、30sccm/g、50sccm/g、70sccm/g、100sccm/g。控制反应气体的通气量与碳纳米管的质量比，有利于提高碳纳米管的氢/氨化效果，提高碳纳米管侧壁氢/氨原子连接量。
17、其中，步骤一中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。所述碳纳米管的直径为2-50nm，具体可以为但不限于2nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm。当碳纳米管的直径过小时，碳纳米管在气体等离子体工艺阶段，容易被刻蚀分割掉，影响碳纳米管的导电性，进而影响正极材料的导电性能。
18、其中，步骤二的具体方法为：将改性碳纳米管和有机碳按质量比为1-2:8-9球磨混合均匀，然后通入含三氧化硫和空气的混合气体中，控制反应温度为30-60℃，反应时间为0.5-1h，最后对反应后的碳材料进行水洗过滤。
19、其中，步骤二中，所述球磨转速为400-600r/min，所述球磨介质为直径为0.3-0.8mm的锆球，球磨时间为20-30min。
20、其中，所述三氧化硫和空气的体积比为5-6:100。
21、其中，所述混合气体的通气量与氢化碳纳米管和有机碳的总质量比为50-150sccm/g。
22、其中，所述有机碳为烷烃、烯烃、芳香烃、高分子树脂、沥青、焦油中的至少一种。
23、其中，步骤三中，所述磺化碳材料和水的质量比为1-5:10。
24、其中，步骤三中，砂磨处理的研磨介质为直径为0.7～1.4mm的锆球，砂磨转速为600～800rpm，砂磨时间为0.5-1h，均质处理的分散压力为650～850bar，均质时间为0.5-1h。
25、其中，步骤四中，所述磷酸铁锂或磷酸锰铁锂前驱体与导电碳包覆添加剂的质量比为6-7:3-4。
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【技术保护点】
1.一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
2.根据权利要求1所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤一的具体方法为：将碳纳米管放置于等离子体系统的反应腔中，向等离子体系统中通入反应气体，控制等离子体系统功率为25-1000W，气体气压为10-150Pa，反应时间为20-30min，反应温度为20-150℃，获得改性碳纳米管。
3.根据权利要求2所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述反应气体为氢气、氨气中的至少一种。
4.根据权利要求2所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述反应气体的通气量与所述碳纳米管的质量比为1-100sccm/g。
5.根据权利要求1所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤二的具体方法为：将改性碳纳米管和有机碳按质量比为1-2:8-9球磨混合均匀，然后通入含三氧化硫和空气的混合气体中，控制反应温度为30-60℃，反应时间为0.5-1h，最后对反应后的碳材料进行水洗过滤
6.根据权利要求5所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述球磨转速为400-600r/min，所述球磨介质为直径为0.3-0.8mm的锆球，球磨时间为20-30min。
7.根据权利要求5所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述三氧化硫和空气的体积比为5-6:100，所述混合气体的通气量与氢化碳纳米管和有机碳的总质量比为50-150sccm/g。
8.根据权利要求1所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述有机碳为烷烃、烯烃、芳香烃、高分子树脂、沥青、焦油中的至少一种。
9.根据权利要求1所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述磺化碳材料和水的质量比为1:9-10。
10.根据权利要求1所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述煅烧温度为700-750℃，在氩气或氮气气氛中煅烧3-4h。
...【技术特征摘要】
1.一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
2.根据权利要求1所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤一的具体方法为：将碳纳米管放置于等离子体系统的反应腔中，向等离子体系统中通入反应气体，控制等离子体系统功率为25-1000w，气体气压为10-150pa，反应时间为20-30min，反应温度为20-150℃，获得改性碳纳米管。
3.根据权利要求2所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述反应气体为氢气、氨气中的至少一种。
4.根据权利要求2所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述反应气体的通气量与所述碳纳米管的质量比为1-100sccm/g。
5.根据权利要求1所述一种高离子电子导电性锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤二的具体方法为：将改性碳纳米管和有机碳按质量比为1-2:8-9球磨混合均匀，然后通入含三氧化硫和空气的混合气体中，控制反应温度为30-60℃，反应时间为0.5-...
【专利技术属性】
技术研发人员：李忻达，黄少真，曾兆林，王东锋，
申请(专利权)人：深圳市飞墨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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