CN101465425A - 壳聚糖改性锂离子电池LiFePO4正极材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种壳聚糖改性锂离子电池LiFePO4正极材料。它是按照壳聚糖与LiFePO4正极材料的质量比为5～10∶95～90的比例将壳聚糖与LiFePO4正极材料混合，用壳聚糖热解碳在LiFePO4表面包覆的方法形成的LiFePO4/C正极材料。本发明的优点在于采用壳聚糖热解炭包覆LiFePO4正极材料，壳聚糖热解炭的包覆一方面提高了LiFePO4的电子导电率，降低了LiFePO4的极化；另一方面，抑制了LiFePO4晶粒的增长，增大了LiFePO4的比表面积，使LiFePO4材料能和电解质充分接触，补偿了Li+脱出/嵌入过程中的电荷平衡，进而提高LiFePO4的电化学性能。
Description
(一)技术领域
本发明涉及的是一种锂离子电池LiFePO4正极材料，具体地说是一种用壳聚糖改性的锂离子电池LiFePO4正极材料。
(二)背景技术
锂离子电池作为一种高性能的可充绿色电源，近年来已在各种便携式电子产品和通讯工具中得到广泛应用，并被逐步开发为电动汽车的动力电源，从而推动其向安全、环保、低成本及高比能量的方向发展。Fe具有资源丰富、成本低且无毒性等优点，近年来人们对含铁化合物作为锂离子电池正极材料的研究十分关注，磷酸铁锂(LiFePO4)安全性高、循环性能稳定、价格低廉，并具有170mA·h/g的理论容量、3.5V的平稳放电平台，被认为是下一代锂离子电池中重要的候选材料。但另一方面，在正极材料的合成和实用化过程中存在如下问题：(1)Fe2+易被氧化为Fe3+；(2)高温合成过程中颗粒生长不易控制；(3)电导率低，从而导致LiFePO4的合成困难，高倍率充放电性能较差。近期在克服这些困难方面取得了许多重大突破，并产生了许多新工艺，制备出高倍率性能优良的LiFePO4粉体，概括包括：(1)采用惰性、还原气氛或原位生成还原气氛来抑制Fe2+的氧化；(2)合成粒径分布均匀、具有高比表面积的材料以提高活性材料的利用率；(3)通过添加导电剂或掺杂等方式来提高电导率。此外，高温下的电化学循环也是增加其可逆容量的有效途径之一。可参阅Padhi A K，Nanjundaswumy K S，Goodenough J B.Phosphoolivines as positive-electrode materials forrechargeable lithium batteries，Journal of the Electrochemical Society，1997，144(4)：1188-1194.，以及倪江锋，苏光耀，周恒辉等，锂离子电池正极材料LiMPO4的研究进展，化学进展，2004，16(4)：554～560。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种电子导电率高的壳聚糖改性锂离子电池LiFePO4正极材料。
本发明的目的是这样实现的：它是按照壳聚糖与LiFePO4正极材料的质量比为5～10：95～90的比例将壳聚糖与LiFePO4正极材料混合，用壳聚糖热解碳在LiFePO4表面包覆的方法形成的LiFePO4/C正极材料。
所述的LiFePO4正极材料包含Li位和Fe位掺杂的LiFePO4正极材料，掺杂的金属粒子是Co2+、Ni2+、Mg2+、Al3+、Zr4+、Nb5+或W6+等中的一种。
所述的壳聚糖是甲壳素、壳聚糖和甲壳素的衍生物以及它们的混合物。壳聚糖热解碳在LiFePO4表面包覆的方法包括溶胶-凝胶法、固相合成法、流变学法等。
本发明提出了一种用壳聚糖提高锂离子电池LiPO4正极材料性能的方法。壳聚糖通过热解包覆，形成LiFePO4/C正极材料，提高了LiFePO4的电子导电率，解决了锂离子电池LiFePO4正极材料电导率低的问题。其特征在于在LiFePO4中包覆壳聚糖热解的碳，增大了LiFePO4正极材料的充放电性能。本发明的实质是在通常锂离子电池LiFePO4正极材料的基础上，以壳聚糖为碳源，制备LiFePO4/C正极材料，提高了锂离子电池LiPO4正极材料的充放电性能。
本发明的优点在于采用壳聚糖热解炭包覆LiFePO4正极材料，壳聚糖热解炭的包覆一方面提高了LiFePO4的电子导电率，降低了LiFePO4的的极化；另一方面，抑制了LiFePO4晶粒的增长，增大了LiFePO4的比表面积，使LiFePO4材料能和电解质充分接触，补偿了Li+脱出/嵌入过程中的电荷平衡，进而提高LiFePO4的电化学性能。
(四)具体实施方式
下面举例对本发明做更详细地描述：
具体实施方式1
以壳聚糖与LiFePO4的质量比为5：95，采用溶胶凝胶法制备LiFePO4/C正极材料，样品的放电比容量为160mAh·g-1，循环500次循环后的放电容量损失为3％。
具体实施方式2
以壳聚糖与LiFePO4的质量比为5：95，采用流变学方法制备LiFePO4/C正极材料，样品的放电比容量为162mAh·g-1，循环500次循环后的放电容量损失为2％。
具体实施方式3
以壳聚糖与LiFePO4的质量比为5：95，采用固相法制备LiFePO4/C正极材料，样品的放电比容量为158mAh·g-1，循环500次循环后的放电容量损失为5％。
具体实施方式4
以甲壳素与LiFePO4的质量比为8：92，采用固相法制备LiFePO4/C正极材料，样品的放电比容量为155mAh·g-1，循环500次循环后的放电容量损失为4.5％。
具体实施方式5
以羧甲基壳聚糖与LiFePO4的质量比为5：95，采用固相法制备LiFePO4/C正极材料，样品的放电比容量为161mAh·g-1，循环500次循环后的放电容量损失为3％。
Claims (3)
1、一种壳聚糖改性锂离子电池LiFePO4正极材料，其特征是：它是按照壳聚糖与LiFePO4正极材料的质量比为5～10：95～90的比例将壳聚糖与LiFePO4正极材料混合，用壳聚糖热解碳在LiFePO4表面包覆的方法形成的LiFePO4/C正极材料。
2、根据权利要求1所述的壳聚糖改性锂离子电池LiFePO4正极材料，其特征是：所述的LiFePO4正极材料包含Li位和Fe位掺杂的LiFePO4正极材料，掺杂的金属粒子是Co2+、Ni2+、Mg2+、Al3+、Zr4+、Nb5+或W6+等中的一种。
3、根据权利要求1或2所述的壳聚糖改性锂离子电池LiFePO4正极材料，其特征是：所述的壳聚糖是甲壳素、壳聚糖和甲壳素的衍生物以及它们的混合物。
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