一种磷酸铁锂电池正极材料及制备方法与流程

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种磷酸铁锂电池正极材料及制备方法。

背景技术：

1、磷酸铁锂电池采用磷酸铁锂作为正极材料。在充电中，磷酸铁锂电池中的锂离子脱出，经电解质传递至负极，嵌入负极碳材料；同时从正极释放出电子，从外电路到负极，以保持化学反应平衡。放电的过程中，锂离子从负极脱出，经电解质而到达正极，同时负极释放电子，从外电路到达正极，这样就能够提供能量。磷酸铁锂电池的优势在于工作电压高、能量密度大和安全性能好。

2、纳米炭黑具有优良的导电性，在现有技术中尝试把纳米炭黑与磷酸铁锂进行掺杂或者结合，由此而提高磷酸铁锂的导电性，以改善其性能。然而，现有的纳米炭黑的刚性较强，当其直接包裹磷酸铁锂的时候，其包裹性不足，这样就使得其对于导电性的改良作用有限，并且稳定性也不足。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的纳米炭黑包裹性不足、对磷酸铁锂材料改良作用有限、稳定性不足的问题，本发明提供了一种磷酸铁锂电池正极材料及其制备方法，改性后的纳米炭黑能够更好地应用到磷酸铁锂电池材料上。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种磷酸铁锂电池正极材料，包括磷酸铁锂和改性纳米炭黑，改性纳米炭黑与磷酸铁锂的重量比例为0.1~5:100；所述的改性纳米炭黑为3-氧-5-聚乙烯-7-甲基-8-三氟烷基纳米炭黑，其制备方法为：羟基改性的纳米炭黑与金属钠反应形成醇钠，醇钠与1-卤代-4-甲基-5-三氟-2-戊烯反应形成含有乙烯基的烷基纳米炭黑，然后经聚合反应、分离纯化获得改性纳米炭黑，反应式如图1所示，其中n表示聚合分子量；

4、所述的羟基改性的纳米炭黑含碳量在95%以上。

5、进一步地，所述的羟基改性的纳米炭黑与金属钠的摩尔比为1:1~1:1.5，反应条件为常温常压下反应。

6、进一步地，所述的羟基改性的纳米炭黑与1-卤代-4-甲基-5-三氟-2-戊烯的摩尔比为1:1~1:1.5，羟基改性的纳米炭黑与1-卤代-4-甲基-5-三氟-2-戊烯的反应溶剂为乙醇。

7、进一步地，所述的聚合反应的条件为，锡催化剂存在下，反应温度90~110 °c，反应压力2-5 mpa，聚合反应时间为3~5 h小时。

8、进一步地，所述的3-氧-5-聚乙烯-7-甲基-8-三氟烷基纳米炭黑的聚合分子量为5000~40000，优选20000~30000。

9、进一步地，所述的1-卤代-4-甲基-5-三氟-2-戊烯为1-氯-4-甲基-5-三氟-2-戊烯。

10、本发明中，所述的磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

11、（1）羟基改性的纳米炭黑与金属钠反应形成醇钠，醇钠与1-卤代-4-甲基-5-三氟-2-戊烯反应形成含有乙烯基的烷基纳米炭黑，然后经聚合反应、分离纯化获得即改性纳米炭黑；

12、（2）将步骤（1）制备的改性纳米炭黑、磷酸铁锂和水混合搅拌，然后进行研磨造粒得到前驱体，然后焙烧得到磷酸铁锂电池正极材料。

13、进一步地，步骤（2）中所述的改性纳米炭黑、磷酸铁锂和水的重量为0.1~5:100:50~200。

14、进一步地，焙烧条件为500~800 °c，焙烧时间为3~5h。

15、有益效果

16、本发明制备的改性纳米炭黑形成导电网络三维空间以用于包裹磷酸铁锂，通过烷基聚合长链的作用而使得炭黑的性质得以改变，通过烷基聚合长链的作用而使得纳米炭黑的柔性加强，包裹性增加，相应地提高了导电性，稳定性也显著提高。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，包括磷酸铁锂和改性纳米炭黑，改性纳米炭黑与磷酸铁锂的重量比例为0.1~5:100；

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，所述的羟基改性的纳米炭黑与金属钠的摩尔比为1:1~1:1.5，反应条件为常温常压下反应。

3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，所述的羟基改性的纳米炭黑与1-卤代-4-甲基-5-三氟-2-戊烯的摩尔比为1:1~1:1.5，羟基改性的纳米炭黑与1-卤代-4-甲基-5-三氟-2-戊烯的反应溶剂为乙醇。

4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，所述的聚合反应的条件为，锡催化剂存在下，反应温度90~110°c，反应压力2-5 mpa，聚合反应时间为3~ 5 h。

5.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，所述的3-氧-5-聚乙烯-7-甲基-8-三氟烷基纳米炭黑的聚合分子量为5000~40000。

6.根据权利要求5所述的磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，所述的3-氧-5-聚乙烯-7-甲基-8-三氟烷基纳米炭黑的聚合分子量为20000~30000。

7.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池正极材料，其特征在于，所述的1-卤代-4-甲基-5-三氟-2-戊烯为1-氯-4-甲基-5-三氟-2-戊烯。

8.一种权利要求1~7任一项所述的磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的改性纳米炭黑、磷酸铁锂和水的重量为0.1~5:100:50~200。

10.根据权利要求8所述的磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，焙烧条件为500~800 °c，焙烧时间为3~5h。

技术总结
本发明公开了一种磷酸铁锂电池正极材料及制备方法，磷酸铁锂电池正极材料包括磷酸铁锂和改性纳米炭黑，改性纳米炭黑与磷酸铁锂的重量比例为0.1~5:100；改性纳米炭黑为3‑氧‑5‑聚乙烯‑7‑甲基‑8‑三氟烷基纳米炭黑，羟基修饰的纳米炭黑与金属钠反应形成醇钠，醇钠与1‑卤代‑4‑甲基‑5‑三氟‑2‑戊烯反应形成含有乙烯基的烷基纳米炭黑，然后经聚合反应、分离纯化获得3‑氧‑5‑聚乙烯‑7‑甲基‑8‑三氟烷基纳米炭黑。本发明制备的改性纳米炭黑形成导电网络三维空间以用于包裹磷酸铁锂，通过烷基聚合长链的作用而使得炭黑的性质得以改变，纳米炭黑的柔性加强，使得纳米炭黑的包裹性增加，相应地提高了导电性，稳定性也显著提高。

技术研发人员：华艳飞,程终发,周荣奇,李大婷,姚娅,李延延,冯军伟
受保护的技术使用者：山东泰和科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13