專利名稱：殼聚糖改性鋰離子電池LiFePO₄正極材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種鋰離子電池LiFeP04正極材料，具體地說是一種用殼聚 糖改性的鋰離子電池LiFeP04正極材料。
(二)
背景技術(shù)：
鋰離子電池作為一種高性能的可充綠色電源，近年來已在各種便攜式電子產(chǎn) 品和通訊工具中得到廣泛應(yīng)用，并被逐步開發(fā)為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電源，從而推動(dòng) 其向安全、環(huán)保、低成本及高比能量的方向發(fā)展。Fe具有資源豐富、成本低且 無毒性等優(yōu)點(diǎn)，近年來人們對(duì)含鐵化合物作為鋰離子電池正極材料的研究十分關(guān) 注，磷酸鐵鋰(LiFeP04)安全性高、循環(huán)性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉，并具有170mA *h /g的理論容量、3. 5 V的平穩(wěn)放電平臺(tái)，被認(rèn)為是下一代鋰離子電池中重要的 候選材料。但另一方面，在正極材料的合成和實(shí)用化過程中存在如下問題(1) Fe"易被氧化為Fe"; (2 )高溫合成過程中顆粒生長(zhǎng)不易控制；(3)電導(dǎo)率低， 從而導(dǎo)致LiFeP04的合成困難，高倍率充放電性能較差。近期在克服這些困難方 面取得了許多重大突破，并產(chǎn)生了許多新工藝，制備出高倍率性能優(yōu)良的LiFeP04 粉體，概括包括(1)采用惰性、還原氣氛或原位生成還原氣氛來抑制Fe"的氧 化；(2)合成粒徑分布均勻、具有高比表面積的材料以提高活性材料的利用率； (3)通過添加導(dǎo)電劑或摻雜等方式來提高電導(dǎo)率。此外，高溫下的電化學(xué)循環(huán)也 是增加其可逆容量的有效途徑之一?？蓞㈤哖adhi A K， Nanjundaswumy K S， Goodenough J B. Phosphoolivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries, Journal of the Electrochemical Society, 1997， 144(4): 1188-1194.，以及倪江鋒，蘇光耀，周恒輝等，鋰離子電池正極
材料LiMP04的研究進(jìn)展，化學(xué)進(jìn)展，2004, 16(4): 554 560。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電子導(dǎo)電率高的殼聚糖改性鋰離子電池LiFeP04 正極材料。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它是按照殼聚糖與LiFeP04正極材料的質(zhì)量比為5 10: 95 90的比例將殼聚糖與LiFeP04正極材料混合，用殼聚糖熱解碳在LiFeP04表面包覆的方法形成的LiFeP(VC正極材料。
所述的LiFeP04正極材料包含Li位和Fe位摻雜的LiFeP04正極材料，摻雜的金屬粒子是Co"、 Ni2+、 Mg2+、 Al3+、 Zr4+、 Nb"或W"等中的一種。
所述的殼聚糖是甲殼素、殼聚糖和甲殼素的衍生物以及它們的混合物。殼聚糖熱解碳在LiFePO,表面包覆的方法包括溶膠-凝膠法、固相合成法、流變學(xué)法等。
本發(fā)明提出了一種用殼聚糖提高鋰離子電池LiP04正極材料性能的方法。殼聚糖通過熱解包覆，形成LiFeP04/C正極材料，提高了 LiFeP04的電子導(dǎo)電率，解決了鋰離子電池LiFeP04正極材料電導(dǎo)率低的問題。其特征在于在LiFeP04中包覆殼聚糖熱解的碳，增大了 LiFeP04正極材料的充放電性能。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是在通常鋰離子電池LiFeP04正極材料的基礎(chǔ)上，以殼聚糖為碳源，制備LiFeP04/C正極材料，提高了鋰離子電池LiP04正極材料的充放電性能。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用殼聚糖熱解炭包覆LiFeP04正極材料，殼聚糖熱解炭的包覆一方面提高了 LiFeP04的電子導(dǎo)電率，降低了 LiFeP04的的極化；另一方面，抑制了 LiFeP(X晶粒的增長(zhǎng)，增大了LiFeP04的比表面積，使LiFeP04才料能和電解質(zhì)充分接觸，補(bǔ)償了 Li+脫出/嵌入過程中的電荷平衡，進(jìn)而提高LiFeP04的電化學(xué)性能。
具體實(shí)施例方式
下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述-具體實(shí)施方式
1
以殼聚糖與LiFeP04的質(zhì)量比為5: 95，采用溶膠凝膠法制備LiFeP04/C正極材料，樣品的放電比容量為160mAh'g—'，循環(huán)500次循環(huán)后的放電容量損失為3%。
具體實(shí)施方式
2
以殼聚糖與LiFeP04的質(zhì)量比為5: 95，采用流變學(xué)方法制備LiFeP04/C正極材料，樣品的放電比容量為162mAh g—'，循環(huán)500次循環(huán)后的放電容量損失為2%。
具體實(shí)施方式
3
以殼聚糖與LiFeP(X的質(zhì)量比為5: 95，采用固相法制備LiFeP04/C正極材料，樣品的放電比容量為158 mAh g—、循環(huán)500次循環(huán)后的放電容量損失為5%。
具體實(shí)施方式
4
以甲殼素與LiFeP04的質(zhì)量比為8: 92，采用固相法制備LiFeP04/C正極材料，樣品的放電比容量為155 raAh*g—、循環(huán)500次循環(huán)后的放電容量損失為4. 5%。
具體實(shí)施方式
5
以羧甲基殼聚糖與LiFeP04的質(zhì)量比為5: 95，釆用固相法制備LiFeP04/C正極材料，樣品的放電比容量為161 mAh g—'，循環(huán)500次循環(huán)后的放電容量損失為3%。
權(quán)利要求
1、一種殼聚糖改性鋰離子電池LiFePO4正極材料，其特征是它是按照殼聚糖與LiFePO4正極材料的質(zhì)量比為5～1095～90的比例將殼聚糖與LiFePO4正極材料混合，用殼聚糖熱解碳在LiFePO4表面包覆的方法形成的LiFePO4/C正極材料。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的殼聚糖改性鋰離子電池LiFeP04正極材料，其特 征是所述的LiFeP04正極材料包含Li位和Fe位摻雜的LiFeP04正極材料，摻 雜的金屬粒子是Co2+、 Ni2+、 Mg2+、 Al3+、 Zr4+、 Nb"或W"等中的一種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的殼聚糖改性鋰離子電池LiFeP04正極材料， 其特征是所述的殼聚糖是甲殼素、殼聚糖和甲殼素的衍生物以及它們的混合 物。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種殼聚糖改性鋰離子電池LiFePO₄正極材料。它是按照殼聚糖與LiFePO₄正極材料的質(zhì)量比為5～10∶95～90的比例將殼聚糖與LiFePO₄正極材料混合，用殼聚糖熱解碳在LiFePO₄表面包覆的方法形成的LiFePO₄/C正極材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用殼聚糖熱解炭包覆LiFePO₄正極材料，殼聚糖熱解炭的包覆一方面提高了LiFePO₄的電子導(dǎo)電率，降低了LiFePO₄的極化；另一方面，抑制了LiFePO₄晶粒的增長(zhǎng)，增大了LiFePO₄的比表面積，使LiFePO₄材料能和電解質(zhì)充分接觸，補(bǔ)償了Li⁺脫出/嵌入過程中的電荷平衡，進(jìn)而提高LiFePO₄的電化學(xué)性能。
文檔編號(hào)H01M4/36GK101465425SQ20091007124
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者曹殿學(xué), 博 王, 王貴領(lǐng) 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)