一种在磷酸铁锂表面生长碳纳米管的改性方法

本发明属于电化学磷酸铁锂电池，具体涉及一种磷酸铁锂材料催化生长碳纳米管改性处理方法。

背景技术：

1、磷酸铁锂电池具有能量密度高，安全性高和寿命长等优点，被广泛应用于新能源汽车、电动工具、医疗设备等领域。然而由于磷酸铁锂导电性差，在作为电池正极材料应用时需加入碳用于提高其导电性。

2、一般常使用的改性方法有掺杂改性和表面包覆，目前大多数企业生产的磷酸铁锂材料在生产过程中都添加了一定比例的导电剂，如乙炔黑、石墨等，在实际应用中，磷酸铁锂电池的正极材料为lifepo4/c复合材料。这种掺碳磷酸铁锂的振实密度一般在1.0～1.2g/cm3范围内，较低的堆叠密度导致磷酸铁锂的体积比容量降低，限制了磷酸铁锂材料的应用范围。

3、用碳做磷酸铁锂颗粒表面包覆改性能够有效的提升磷酸铁锂的导电性，同时改善其堆叠密度低的问题。但碳包覆的处理流程为利用多巴胺、葡萄糖等含碳物质在水热条件下在磷酸铁锂粉末表面发生聚合反应，或通过球磨进行均匀混合，然后在惰性气氛下进行高温碳化，将聚合物转化为碳均匀的包裹在磷酸铁锂颗粒表面。目前碳包覆磷酸铁锂的技术由于步骤较为复杂，尚未应用于工业化生产。因此，开发一种低能耗、高效率的磷酸铁锂改性技术，具有重大的现实意义。

4、碳纳米管作为一种性能优异的纳米材料已被广泛应用于各技术领域，使用碳纳米管粉末材料作为导电剂对磷酸铁锂材料进行掺杂改性的技术也被报告过，取得了较为明显的性能提升，但通过掺杂的方式无法解决堆叠密度低的问题。而利用化学气相沉积技术在磷酸铁锂粉末材料表面生长碳纳米管实现改性的方法还未见报道。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术的不足，提出了一种化学气相沉积在磷酸铁锂表面生长碳纳米管提高其导电性的方法。利用磷酸铁锂表面的铁元素作为催化剂催化生长碳纳米管，取代导电材料的掺杂，能够有效的增加磷酸铁锂材料的导电性和稳定性，从而提高锂离子电池的堆叠密度和循环寿命。

2、本发明采用的技术方案，具体包括以下步骤：

3、步骤一，将商用磷酸铁锂粉末材料均匀的平铺在石英舟内，置于管式炉的中心区域；

4、步骤二，在氢气和氩气混合气体的氛围中，将管式炉温度提升至550～750℃范围内，然后通入乙醇蒸汽，反应时间为10～60分钟。

5、步骤三，合成的固态物质即为表面生长碳纳米管改性后的磷酸铁锂材料。

6、与现有技术相比，本发明通过在磷酸铁锂表面生长碳纳米管的方式实现了磷酸铁锂的改性处理。由于碳纳米管直接生长在磷酸铁锂粉末材料的表面，能够有效的提高磷酸铁锂的导电性能，降低其堆叠密度。本发明过程简单、成本低、能够和磷酸铁锂制备过程相结合，易于工业化生长，具有较高的经济和社会效益。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂粉末材料表面生长碳纳米管的改性方法，其特征在于，所述的碳纳米管催化生长由化学气相沉积技术实现，在磷酸铁锂表面生长碳纳米管。

2.根据权利要求1所述的在磷酸铁锂表面催化生长碳纳米管，其处理方法为：将商用磷酸铁锂粉末材料均匀的平铺在石英舟内并置于管式炉的中心区域，在氢气和氩气混合气体的氛围中，以乙醇蒸汽作为碳源，磷酸铁锂中的铁元素作为催化剂生长碳纳米管。

3.根据权利要求2所述的化学气相沉积处理方法，其特征在于，所述方法中，化学气相沉积过程的反应温度为550～750℃，反应时间为10～60分钟。

技术总结
本发明属于电化学锂离子电池技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂材料催化生长碳纳米管改性处理方法。利用磷酸铁锂粉末材料中的铁元素为催化剂，以乙醇蒸汽为碳源，在氩气和氢气保护下的管式炉内，550～750℃温度范围内在磷酸铁锂粉末材料表面生长碳纳米管，从而完成对磷酸铁锂的改性处理。本发明通过简单且易于推广的方法在磷酸铁锂粉末材料表面生长出碳纳米管取代掺碳过程，能够增加磷酸铁锂的导电性，具有工艺简单、处理成本低、时间短等优点，可以实现磷酸铁锂电池正极材料的性能提升，具有良好的发展前景。

技术研发人员：李大帅,童玲
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25