本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的制備方法。

背景技術(shù)：

磷酸鐵鋰(LiFePO₄)電池作為一種綠色環(huán)保能源，以其高安全性、良好的高溫特性、長的循環(huán)壽命、對環(huán)境友好、來源廣、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)引起人們的高度關(guān)注，逐漸成為動力電池的重要選擇。然而，磷酸鐵鋰材料本身較差的電子導(dǎo)電性和低的鋰離子擴(kuò)散性，導(dǎo)致其電化學(xué)性能并不太理想，對磷酸鐵鋰材料的改進(jìn)通常采用碳包覆技術(shù)，現(xiàn)有的碳包覆磷酸鐵鋰技術(shù)中使用常規(guī)的碳源進(jìn)行包覆，包覆后的磷酸鐵鋰導(dǎo)電性能一般，且碳包覆質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常達(dá)到5％甚至10％，大量碳材料的使用會促進(jìn)電極活性材料的溶解以及電解液在其表面的氧化，從而使得電極的循環(huán)性能變差、不可逆容量增加。

近幾年來迅速興起的兩種用于磷酸鐵鋰包覆的納米材料為碳納米管和石墨烯。然而，碳納米管包覆為線接觸包覆，包覆接觸面積??；石墨烯為二維納米結(jié)構(gòu)，比表面積較大，但其柔韌性、結(jié)構(gòu)靈活可調(diào)性比碳納米管差，難以充分包覆磷酸鐵鋰納米顆粒的表面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子導(dǎo)電率高且所應(yīng)用的電池倍率性能優(yōu)異的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：將碳納米帶通過攪拌和超聲分散方式充分均勻分散于水溶液中；

步驟二：在惰性氣體保護(hù)下，向步驟一得到的混合物中按摩爾比為Li：Fe：P＝1：1：1的比加入取鋰源、鐵源及磷源，并加入水?dāng)嚢璩蔀闈{料并進(jìn)行回流；

步驟三：洗滌并干燥得到初級的碳納米帶包覆的磷酸鐵鋰材料；

步驟四：將步驟三得到的初級的碳納米帶包覆的磷酸鐵鋰材料在5-10v/v％H₂的氬氣混合氣氛中進(jìn)行高溫退火，獲得最終的碳納米帶包覆的磷酸鐵鋰材料。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的制備方法，使用的碳包覆材料為碳納米帶，碳納米帶的碳層是一種開放的結(jié)構(gòu)，相對碳納米管具有更大的比表面積及孔結(jié)構(gòu)，提供了更多的鋰離子反應(yīng)界面；同時(shí)帶與帶之間由于大的比表面積及柔韌性的相互作用，形成了三維多孔結(jié)構(gòu)，能很好的形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，更加有利于電極活性材料與電解液的接觸，縮短了鋰離子及電解液的傳輸擴(kuò)散路徑，能很好的提升其作為鋰離子電池倍率性能。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所使用的碳納米帶的SEM圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的SEM圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的的鋰離子電池倍率充電性能圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例3所制備的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的SEM圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例4所制備的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的鋰離子電池循環(huán)性能圖。

【具體實(shí)施方式】

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益技術(shù)效果更加清晰明白，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中描述的具體實(shí)施方式僅僅是為了解釋本發(fā)明，并不是為了限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：將碳納米帶通過攪拌和超聲分散方式充分均勻分散于水溶液中；

步驟二：在惰性氣體保護(hù)下，向步驟一得到的混合物中按摩爾比為Li：Fe：P＝1：1：1的比加入鋰源、鐵源及磷源，并加入水?dāng)嚢璩蔀闈{料并進(jìn)行回流；

步驟三：洗滌并干燥得到初級的碳納米帶包覆的磷酸鐵鋰材料；

步驟四：將步驟三得到的初級的碳納米帶包覆的磷酸鐵鋰材料在5-10v/v％H₂(即氫氣在氬氣中的體積比為5-10％)的氬氣混合氣氛中進(jìn)行高溫退火，獲得最終的碳納米帶包覆的磷酸鐵鋰材料。

具體的，所述步驟一中的碳納米帶的厚度為2-30nm，寬度與厚度的比例為(10-20)：1，寬度與長度的比例為1：(5-25)；所述步驟一得到的混合物的固含量為2-10wt％；所述步驟一中的攪拌和超聲分散方式為：先攪拌分散0.5-4h，后進(jìn)行超聲分散0.5-4h。

具體的，所述步驟二所得的漿料的含碳量為2-5wt％，固含量為35-65wt％；所述步驟二中的回流溫度為90℃-110℃，回流時(shí)間為4-12h；所述步驟二中的鋰源為：碳酸鋰或氫氧化鋰或磷酸二氫鋰；所述步驟二中的鐵源為：氧化鐵或磷酸鐵或草酸亞鐵；所述步驟二中的磷酸鹽為：磷酸二氫銨或磷酸氫二銨或磷酸二氫鋰或磷酸鐵。

具體的，所述步驟四中的退火溫度為400-1200℃，退火時(shí)間為4-16h。

本發(fā)明提供的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的制備方法，使用的碳包覆材料為碳納米帶，碳納米帶的碳層是一種開放的結(jié)構(gòu)，相對碳納米管具有更大的比表面積及孔結(jié)構(gòu)，提供了更多的鋰離子反應(yīng)界面；同時(shí)帶與帶之間由于大的比表面積及柔韌性的相互作用，形成了三維多孔結(jié)構(gòu)，能很好的形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，更加有利于電極活性材料與電解液的接觸，縮短了鋰離子及電解液的傳輸擴(kuò)散路徑，能很好的提升其作為鋰離子電池倍率性能。

實(shí)施例1：

1、將碳納米帶分散于水溶液中，通過攪拌和超聲分散方式事情充分均勻分散于水溶液中；其中，碳納米帶的厚度為5-15nm，寬度與厚度的比例為(10-15)：1，寬度與長度的比例為1：(10-20)；所得混合物的固含量為5wt％；所述攪拌和超聲分散方式為：先攪拌分散2h，后進(jìn)行超聲分散2h；

2、在惰性氣體保護(hù)下，向步驟一所得的混合物按摩爾比為Li：Fe：P＝1：1：1的比加入鋰源、鐵源和磷源，并加入水?dāng)嚢璩蔀闈{料并進(jìn)行回流；其中，所得漿料的含碳量為3wt％，固含量為45wt％；所述鋰源、鐵源及磷酸鹽分別為：碳酸鋰、氧化鐵及磷酸二氫銨；所述回流溫度為100℃，回流時(shí)間為8h；

3、洗滌并干燥得到初級的碳納米帶包覆的磷酸鐵鋰材料；

4、將步驟三得到的初級的碳納米帶包覆的磷酸鐵鋰材料在5v/v％H₂的氬氣混合氣氛中進(jìn)行高溫退火獲得最終的碳納米帶包覆的磷酸鐵鋰材料；其中，所述退火溫度為600℃，退火時(shí)間為8h。

如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例1所使用的碳納米帶的SEM圖；如圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的SEM圖。

實(shí)施例2：

制備方法基本與實(shí)施例1相同，不同之處為步驟1的碳納米帶的厚度為5-10nm，寬度與厚度的比例為(15-20)：1，寬度與長度的比例為1：(10-15)。

實(shí)施例3：

制備方法基本與實(shí)施例1相同，不同之處為步驟1所得的混合物的固含量為8wt％，攪拌分散時(shí)間為1.5h，超聲分散時(shí)間為4h；

如圖4為本發(fā)明實(shí)施例3所制備的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的SEM圖。

實(shí)施例4：

制備方法基本與實(shí)施例1相同，不同之處為步驟2中的鋰源、鐵源、磷源的添加量反應(yīng)后形成的漿料含碳量為5wt％，固含量為50wt％。

實(shí)施例5：

制備方法基本與實(shí)施例1相同，不同之處為步驟2中的鋰源與磷源為同一物質(zhì)：磷酸二氫鋰。

實(shí)施例6：

制備方法基本與實(shí)施例1相同，不同之處為步驟2中的鐵源與磷源為同一物質(zhì)磷酸鐵。

實(shí)施例7：

制備方法基本與實(shí)施例1相同，不同之處為步驟2的回流溫度為110℃，回流時(shí)間為10h。

實(shí)施例8：

制備方法基本與實(shí)施例1相同，不同之處為步驟4的退火溫度為800℃，退火時(shí)間為10h。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的倍率充電性能圖，從圖3可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1所制備的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的鋰離子電池在1C Discharge、3C Discharge及5C Discharge的情況下均表現(xiàn)出良好的倍率特性；圖5為本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例4所制備的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的鋰離子電池循環(huán)性能圖，從圖5可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例4所制備的碳納米帶包覆磷酸鐵鋰材料的鋰離子電池在充放電次數(shù)逐漸增加的情況下，容量保持率依然在90％以上，具有良好的循環(huán)性能。

本發(fā)明并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所描述，因此對于熟悉領(lǐng)域的人員而言可容易地實(shí)現(xiàn)另外的優(yōu)點(diǎn)和修改，故在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念的精神和范圍的情況下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)、代表性的設(shè)備和這里示出與描述的圖示示例。