CN106099060B - 静电纺丝法制备锂电介孔磷酸铁锂/碳微米带正极材料 - Google Patents

静电纺丝法制备锂电介孔磷酸铁锂/碳微米带正极材料 Download PDF

Info

Publication number
CN106099060B
CN106099060B CN201610557997.XA CN201610557997A CN106099060B CN 106099060 B CN106099060 B CN 106099060B CN 201610557997 A CN201610557997 A CN 201610557997A CN 106099060 B CN106099060 B CN 106099060B
Authority
CN
China
Prior art keywords
added
electrostatic spinning
mesoporous
lithium
iron phosphate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610557997.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106099060A (zh
Inventor
黄玉代
张月
贾殿赠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xinjiang University
Original Assignee
Xinjiang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xinjiang University filed Critical Xinjiang University
Priority to CN201610557997.XA priority Critical patent/CN106099060B/zh
Publication of CN106099060A publication Critical patent/CN106099060A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106099060B publication Critical patent/CN106099060B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5805—Phosphides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

一种通过静电纺丝法制备锂电介孔磷酸铁锂/碳微米带正极材料的方法。将物质的量比为1:1的LiH2PO4，Fe(NO3)3加入蒸馏水中，溶解后加入丙三醇，再向其中加入N，N‑二甲基甲酰胺（DMF），搅拌，加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），搅拌后得到透明纺丝液。将配好的纺丝液进行静电纺丝。将纺好后的高分子膜在空气中进行预氧化。将预氧化后的前驱体在还原气氛下进行煅烧。在管式炉中自然冷却至室温，制得样品。本发明采用非模板法合成了该介孔材料，成本低、方法简单，工艺环保。

Description

静电纺丝法制备锂电介孔磷酸铁锂/碳微米带正极材料
技术领域
本发明属于高能电池技术领域，特别是合成锂离子电池正极材料的技术领域。
背景技术
锂离子电池正极材料橄榄石型磷酸亚铁锂（LiFePO4）具有便宜、无毒、环境相容性好、矿藏丰富、电池循环容量高（理论容量170 mAh g-1，能量密度 550Wh g-1）、热稳定性好、使用寿命长、耐过充性能好等优势，被认为是更具发展前景的、更安全的新一代锂离子动力电池正极材料。然而，低的电子电导率和锂离子扩散速率限制了其实际应用。
目前，对橄榄石LiFePO4的改性研究主要集中于（1）改进合成工艺，（2）离子掺杂,（3） 表面包覆。静电纺丝是制备一维纳米、微米级材料的方法，由于其成本低、方法简单、技术成熟，因而被广泛应用到很多领域。目前，通过静电纺丝法制备LiFePO4/C纳米线、纳米纤维的研究较多，但通过静电纺丝制备锂离子电池正极材料介孔LiFePO4/C微米带复合物的方法还未见报道。该材料可通过静电纺丝法制备前驱体，进一步高温煅烧直接得到复合物，不通过模板，该合成过程既环保又简单。目前国内外对LiFePO4进行表面碳包覆的研究还有：
I.Xueguang Zhang, Xudong Zhang, Wen He, Yuanzheng Yue, Hong Liu andJingyun Ma, Biocarbon-coated LiFePO4 nucleus nanoparticles enhancingelectrochemical performances, Chem. Commun., 2012, 48, 10093–10095.
II. Xufeng Zhou, Feng Wang, Yimei Zhu, Zhaoping Liu, Graphenemodified LiFePO4 cathode materials for high power lithium ion batteries, J.Mater. Chem., 2011, 21, 3353–3358.
III. Zhipeng Ma, Yuqian Fan, Guangjie Shao, Guiling Wang, JianjunSong, and Tingting Liu, In situ catalytic synthesis of high-graphitizedcarbon-coated LiFePO4 nanoplates for superior li-ion battery cathodes, ACSAppl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 2937−2943.
IV. 中国发明专利201110445613.2 一种碳包覆的磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，该方法主要包括以下步骤：将磷酸铁、氢氧化锂和有机碳源混合、球磨、喷雾干燥、焙烧、粉碎；所述磷酸铁和氢氧化锂的摩尔比为1∶1，所述磷酸铁和有机碳源中Fe∶C摩尔比为1∶1。所制备的碳包覆的磷酸铁锂复合材料以及以此制备的磷酸铁锂电池正极，具有优良的电导率、振实密度与电化学性能，同时碳含量低、适合工业化大生产，同时其成本更低，更具应用前景，上述方法都存在合成工艺复杂，耗时长，产率低等缺点。本发明的目的在于提供一种工艺简便、对环境无污染或少污染、产率高、能耗低、适用范围广的的锂离子电池正极材料介孔磷酸亚铁锂/碳微米带复合物的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种由静电纺丝技术合成锂离子电池正极材料介孔磷酸铁锂/碳微米带复合物的方法，解决现有磷酸铁锂正极材料存在的大倍率充放电性能较差的缺点。
本发明其特征在于下述步骤；采用静电纺丝法，将磷酸铁锂前驱体配制成高浓度的纺丝液，直接纺成高分子薄膜，对其进行低温预氧化，高温煅烧，合成带状介孔磷酸铁锂/碳复合物。本发明采用非模板法合成了该材料，具有成本低、方法简单，工艺环保等优点。具体合成步骤如下：
（1）将物质的量比为1:1的LiH2PO4，Fe(NO3)3加入蒸馏水中，溶解后加入丙三醇搅拌均匀，再向其中加入二甲基甲酰胺（DMF），搅拌20 min，加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），搅拌后得到透明纺丝液；
（2）将（1）中配好的纺丝液进行静电纺丝；
（3）将纺好后的高分子膜在空气中进行预氧化；
（4）将预氧化后的前驱体在还原气氛下进行煅烧；
（5）在管式炉中自然冷却至室温，制得样品。
附图说明
图1为所制备的介孔带状LiFePO4/碳微米带复合物扫描电镜图。
图2为所制备的介孔带状LiFePO4/碳微米带复合物在2.3-4.3V电压区间的倍率曲线图。
图3为介孔带状LiFePO4/碳微米带复合物10 C下的循环放电曲线图。
具体实施方式
（1）将LiH2PO4，Fe(NO3)3加入蒸馏水中，溶解后加入丙三醇，搅拌10 min，再向其中加入N，N-二甲基甲酰胺（DMF），搅拌20 min，加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），搅拌10 h后得到透明纺丝液。
（2）将（1）中配好的纺丝液进行静电纺丝。正高压调到18KV左右，负高压调到-2KV左右，接收器和注射器之间的距离为18 cm左右，相对湿度10%，温度为40 ℃。
（3）将纺好后的高分子膜在空气中进行预氧化。
（4）将预氧化后的前驱体在体积比为5:95的H2/N2保护气气体下进行煅烧。
（5）在管式炉中自然冷却至室温，制得介孔带状磷酸铁锂/碳复合物样品。
（6）采用本发明所述条件合成的复合物装配成扣式电池，在2.3-4.3 V电压区间内，测试得到该材料有优异的倍率性能，在0.5 C下该复合物首次放电容量152 mAh g-1，在15 C倍率下的放电容量为72 mAh g-1。在10 C 倍率下，首次放电容量82 mAh g-1，100次充放电循环后容量保持率为94%（1 C下LiFePO4 的理论容量为170 mAh g-1）。

Claims (1)

1.一种通过静电纺丝制备锂离子电池正极材料介孔磷酸铁锂/碳微米带复合物的方法，
其特征在于：
（1）将适量的LiH2PO4，Fe(NO3)3加入蒸馏水中，溶解后，加入一定量的丙三醇，再向其中加入N, N-二甲基甲酰胺（DMF），搅拌20 min，加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP），搅拌10 h后得到透明纺丝液；
（2）将上述搅拌均匀的纺丝液倒入注射器中，进行静电纺丝，正高压调到18 KV，负高压调到-2 KV，接收器和注射器之间的距离为18 cm，相对湿度10%，温度为40 ℃；
（3）将纺好后的高分子膜在空气中进行预氧化，将预氧化后的前驱体在体积比为5:95的H2/N2保护气氛下进行煅烧；
（4）样品在管式炉中自然冷却至室温，制得介孔磷酸铁锂/碳微米带复合物。
CN201610557997.XA 2016-07-15 2016-07-15 静电纺丝法制备锂电介孔磷酸铁锂/碳微米带正极材料 Expired - Fee Related CN106099060B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610557997.XA CN106099060B (zh) 2016-07-15 2016-07-15 静电纺丝法制备锂电介孔磷酸铁锂/碳微米带正极材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610557997.XA CN106099060B (zh) 2016-07-15 2016-07-15 静电纺丝法制备锂电介孔磷酸铁锂/碳微米带正极材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106099060A CN106099060A (zh) 2016-11-09
CN106099060B true CN106099060B (zh) 2019-04-16

Family

ID=57221384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610557997.XA Expired - Fee Related CN106099060B (zh) 2016-07-15 2016-07-15 静电纺丝法制备锂电介孔磷酸铁锂/碳微米带正极材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106099060B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106757785B (zh) * 2016-11-30 2019-02-01 齐鲁工业大学 一种载银壳聚糖/聚乙烯醇微米带的制备方法
CN108172890A (zh) * 2017-12-22 2018-06-15 成都市银隆新能源有限公司 一种电池及其极片的制备方法
CN110233295A (zh) * 2019-06-26 2019-09-13 武汉理工大学 一种聚合物全固态锂电池电芯超声原位熔合工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102306775A (zh) * 2011-08-29 2012-01-04 长春理工大学 锂离子电池正极材料磷酸铁锂纳米带及其制备方法
CN102340002A (zh) * 2011-08-29 2012-02-01 长春理工大学 锂离子电池正极材料磷酸铁锂纳米纤维及其制备方法
CN104766973A (zh) * 2015-03-18 2015-07-08 江苏乐能电池股份有限公司 高性能锂离子电池所用磷酸铁锂及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6545461B2 (ja) * 2012-03-02 2019-07-17 コーネル・ユニバーシティーＣｏｒｎｅｌｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ナノファイバーを含むリチウムイオン電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102306775A (zh) * 2011-08-29 2012-01-04 长春理工大学 锂离子电池正极材料磷酸铁锂纳米带及其制备方法
CN102340002A (zh) * 2011-08-29 2012-02-01 长春理工大学 锂离子电池正极材料磷酸铁锂纳米纤维及其制备方法
CN104766973A (zh) * 2015-03-18 2015-07-08 江苏乐能电池股份有限公司 高性能锂离子电池所用磷酸铁锂及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"静电纺丝法制备磷酸铁锂-碳复合阴极材料";张威 等;《稀有金属材料与工程》;20110630;第40卷;第131-133页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106099060A (zh) 2016-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104085877B (zh) 一种基于壳聚糖及其衍生物多孔碳电极材料及其制备方法和用途
CN103427073B (zh) 一种作为锂电池负极材料的介孔Si/C复合微球的制备方法
CN105633379B (zh) 一种核壳结构碳/硫复合正极材料、制备方法及其应用
CN103500819B (zh) 一种表面修饰多孔状碳结构的碳纤维/硫复合正极材料及其制备方法
CN110299516A (zh) 碳纳米管阵列负载钛酸锂柔性电极材料的制备方法
CN102340002B (zh) 锂离子电池正极材料磷酸铁锂纳米纤维及其制备方法
CN103682359A (zh) 负极材料及其制备方法、负极、具有该负极的电池
CN106876705A (zh) 一种原位合成碳/碳纳米管包覆磷酸铁锂复合材料的制备方法
CN104466168A (zh) 四氧化三钴-碳多孔纳米纤维的制备方法及其作为锂离子电池的用途
CN104183392A (zh) 一种介孔氧化镍/碳复合纳米材料及其制备方法
CN107275640B (zh) 一步制备硫氮双掺棉花基多孔碳
CN107464938B (zh) 一种具有核壳结构的碳化钼/碳复合材料及其制备方法和在锂空气电池中的应用
CN106058173A (zh) 一种锂硫电池用类石墨烯碳材料/硫复合正极材料及其制备方法和应用
CN104993116B (zh) 一种自组装锂离子电池正极材料v2o5的制备方法
CN104934574A (zh) 一种用于锂离子电池的超高密度四氧化三钴/多孔石墨烯纳米复合负极材料的制备方法
CN104167303A (zh) 一种介孔氧化钒/碳复合纳米材料及其制备方法
CN104600296A (zh) 一种锂硒电池Se-C正极复合材料的制备方法
CN106099060B (zh) 静电纺丝法制备锂电介孔磷酸铁锂/碳微米带正极材料
CN110137465A (zh) 一种碳@Fe2O3@碳微球复合材料及其应用
CN106129356B (zh) 一种空心介孔二氧化锰管/硫复合材料的制备方法
CN104638261A (zh) 一种高倍率LiFePO4/C正极材料及其制备方法
CN102306775B (zh) 锂离子电池正极材料磷酸铁锂纳米带及其制备方法
CN108649210A (zh) 一种低自放电锂电池负极材料的制备方法
CN103682277B (zh) 氮掺杂碳层包裹的空心多孔氧化镍复合材料及其制备方法
CN103413918B (zh) 一种锂离子电池用正极材料磷酸钴锂的合成方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190416

Termination date: 20200715