一种电容碳/磷酸铁锂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电容碳/磷酸铁锂复合材料及其制备方法，涉及电极材料技术领域。本发明专利技术在制备电容碳/磷酸铁锂复合材料时，将胺化电容活性炭和对苯二胺、均苯三甲酰氯、对硝基苯甲酰氯反应制得具有共轭多孔聚合层的电容活性炭；将4

【技术实现步骤摘要】
一种电容碳/磷酸铁锂复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电极材料
，具体为一种电容碳/磷酸铁锂复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着能源危机和环境污染问题的日益凸显，开发新能源和解决存储问题已成为当前的主要能源战略任务。高性能的储能设备是新能源利用的重要载体。绿色环保的锂离子电池因其工作电压适宜、循环寿命长、能量密度大、自放电小等优点广受人们的欢迎。正极材料作为锂离子电池的关键材料之一，现有的锂离子电池正极材料存在诸如倍率性能不佳、循环过程中材料稳定性差、与电解液发生副反应等诸多问题。表面包覆是目前最有效的改性方法之一。然而传统的包覆材料往往不具有锂离子传导特性,包覆层对锂离子的脱出和嵌入过程起到一定的阻碍作用。而且，传统的包覆方法为了实现对材料表面的全包覆，较厚的包覆层不利于锂离子在材料表面的脱嵌过程，导致材料倍率性能的下降。
[0003]电容活性炭是一种新型高吸附活性炭，主要用于电化学电容器，具有超大的比表面积，电化学性能好，容量高等特点。在电动车辆、混合动力车辆、电动工具、电动玩具、铁路系统、电力系统等广泛的领域得到应用。对电容活性炭进行改性并和磷酸铁锂复合作为正极材料，可以很好的解决材料稳定性差、锂离子在材料表面的脱嵌过程差等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种电容碳/磷酸铁锂复合材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种电容碳/磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：
[0007](1)用高锰酸钾、浓硫酸和过氧化氢对电容活性炭进行氧化；
[0008](2)用乙二胺对氧化电容活性炭进行胺化；
[0009](3)将胺化电容活性炭和对苯二胺、均苯三甲酰氯、对硝基苯甲酰氯反应制得具有共轭多孔聚合层的电容活性炭；
[0010](4)将4
‑
甲氧基苯甲酰肼和苯甲醛反应，再和1
‑
氯丁醛反应制得N
‑
(4
‑
(4
‑
氧代丁基)亚苄基)
‑4‑
甲氧基苯甲酰肼；将具有共轭多孔聚合层的电容活性炭用氢气进行还原，再和N
‑
(4
‑
(4
‑
氧代丁基)亚苄基)
‑4‑
甲氧基苯甲酰肼反应制得改性电容活性炭；
[0011](5)复合：将改性电容活性炭、纳米磷酸铁锂、PVDF粘结剂混合并涂布干燥形成电容碳/磷酸铁锂复合材料。
[0012]作为优化，所述电容碳/磷酸铁锂复合材料的制备方法包括以下制备步骤：
[0013](1)氧化：将电容活性炭、高锰酸钾、质量分数98％的浓硫酸溶液按质量比1:1:12～1:1:18混合均匀，在50～60℃，300～500r/min搅拌反应4～6h，在冰水浴条件下加入电容活性炭质量0.6～0.8倍的质量分数25～30％的过氧化氢溶液，以800～1000r/min的转速搅
拌10～15min，离心分离并用纯水洗涤3～5次，在60～70℃干燥6～8h，制得氧化电容活性炭；
[0014](2)胺化：将乙二胺和纯水按质量比1:20～1:30混合均匀，在30～40℃，200～300r/min搅拌条件下，在20～30min内匀速添加乙二胺质量1～1.2倍的氧化电容活性炭，添加结束后继续搅拌40～60min，离心分离并用无水乙醇洗涤3～5次，制得胺化电容活性炭；
[0015](3)包层：将胺化电容活性炭、三乙胺、N
‑
甲基吡咯烷酮按质量比1：1：20～1：1：30混合均匀，在0～4℃，200～300r/min搅拌的条件下，在20～30min内匀速滴加胺化电容活性炭质量10～12倍的对苯二胺溶液，并同时滴加均苯三甲酰氯溶液和对硝基苯甲酰氯溶液，均苯三甲酰氯溶液的滴加速度为对苯二胺溶液滴加速度的0.5～0.6倍，对硝基苯甲酰氯溶液的滴加速度为对苯二胺溶液滴加速度的0.1～0.3倍，对苯二胺溶液滴加结束后停止滴加均苯三甲酰氯溶液，保持滴加速度不变继续滴加对硝基苯甲酰氯溶液15～20min，对硝基苯甲酰氯溶液滴加结束后继续搅拌反应3～4h，离心分离并用四氢呋喃和无水乙醇各洗涤3～5次，制得具有共轭多孔聚合层的电容活性炭；
[0016](4)氢气还原并接枝改性：将具有共轭多孔聚合层的电容活性炭、钯含量8～10％的钯碳催化剂、N
‑
甲基吡咯烷酮按质量比1:0.03:8～1:0.05:10混合均匀，在10～20℃，以0.3～0.5mL/s速度通入氢气并反应20～24h，离心分离并用纯水和无水乙醇洗涤3～5次，在30～40℃，50～100Pa干燥6～8h，制得氢气还原后的电容活性炭；将氢气还原后的电容活性炭、N
‑
(4
‑
(4
‑
氧代丁基)亚苄基)
‑4‑
甲氧基苯甲酰肼、乙酸和N,N
‑
二甲基甲酰胺按质量比1:0.6:0.1:15～1:0.8:0.2:20混合均匀，在75～85℃，600～800r/min搅拌反应3～5h，自然冷却至室温，过滤并用无水乙醇洗涤3～5次，在30～40℃，50～100Pa干燥6～8h，制得改性电容活性炭；
[0017](5)复合：将改性电容活性炭、纳米磷酸铁锂、PVDF粘结剂按质量比1：7：1～2：8：1混合均匀，添加改性电容活性炭质量2～3倍的N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮，充分研磨至糊状，涂布在铝箔集流体上，在80～90℃干燥10～12h，即在铝箔集流体上固化形成电容碳/磷酸铁锂复合材料。
[0018]作为优化，步骤(1)所述电容活性炭的型号为SPC
‑
01、SPC
‑
02、SPC
‑
03中的一种。
[0019]作为优化，步骤(3)所述对苯二胺溶液的溶质为对苯二胺，溶剂为四氢呋喃，浓度为0.5mo l/L；所述均苯三甲酰氯溶液的溶质为均苯三甲酰氯，溶剂为四氢呋喃，浓度为0.5mo l/L；所述对硝基苯甲酰氯溶液的溶质为对硝基苯甲酰氯，溶剂为四氢呋喃，浓度为0.1mo l/L。
[0020]作为优化，步骤(4)所述N
‑
(4
‑
(4
‑
氧代丁基)亚苄基)
‑4‑
甲氧基苯甲酰肼的制备方法为：将N
‑
亚苄基
‑4‑
甲氧基苯甲酰肼和1
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氯丁醛按摩尔比1：1混合均匀，再加入N
‑
亚苄基
‑4‑
甲氧基苯甲酰肼质量0.06～0.08倍的无水三氯化铝，在85～95℃，300～500r/min搅拌反应3～5h，冷却至室温后用无水乙醇搅拌清洗并过滤，在20～30℃，50～100Pa干燥6～8h，制备而成。
[0021本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电容碳/磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：(1)用高锰酸钾、浓硫酸和过氧化氢对电容活性炭进行氧化；(2)用乙二胺对氧化电容活性炭进行胺化；(3)将胺化电容活性炭和对苯二胺、均苯三甲酰氯、对硝基苯甲酰氯反应制得具有共轭多孔聚合层的电容活性炭；(4)将4
‑
甲氧基苯甲酰肼和苯甲醛反应，再和1
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氯丁醛反应制得N
‑
(4
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(4
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氧代丁基)亚苄基)
‑4‑
甲氧基苯甲酰肼；将具有共轭多孔聚合层的电容活性炭用氢气进行还原，再和N
‑
(4
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(4
‑
氧代丁基)亚苄基)
‑4‑
甲氧基苯甲酰肼反应制得改性电容活性炭；(5)复合：将改性电容活性炭、纳米磷酸铁锂、PVDF粘结剂混合并涂布干燥形成电容碳/磷酸铁锂复合材料。2.根据权利要求1所述的一种电容碳/磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述电容碳/磷酸铁锂复合材料的制备方法包括以下制备步骤：(1)氧化：将电容活性炭、高锰酸钾、质量分数98％的浓硫酸溶液按质量比1:1:12～1:1:18混合均匀，在50～60℃，300～500r/min搅拌反应4～6h，在冰水浴条件下加入电容活性炭质量0.6～0.8倍的质量分数25～30％的过氧化氢溶液，以800～1000r/min的转速搅拌10～15min，离心分离并用纯水洗涤3～5次，在60～70℃干燥6～8h，制得氧化电容活性炭；(2)胺化：将乙二胺和纯水按质量比1:20～1:30混合均匀，在30～40℃，200～300r/min搅拌条件下，在20～30min内匀速添加乙二胺质量1～1.2倍的氧化电容活性炭，添加结束后继续搅拌40～60min，离心分离并用无水乙醇洗涤3～5次，制得胺化电容活性炭；(3)包层：将胺化电容活性炭、三乙胺、N
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甲基吡咯烷酮按质量比1：1：20～1：1：30混合均匀，在0～4℃，200～300r/min搅拌的条件下，在20～30min内匀速滴加胺化电容活性炭质量10～12倍的对苯二胺溶液，并同时滴加均苯三甲酰氯溶液和对硝基苯甲酰氯溶液，均苯三甲酰氯溶液的滴加速度为对苯二胺溶液滴加速度的0.5～0.6倍，对硝基苯甲酰氯溶液的滴加速度为对苯二胺溶液滴加速度的0.1～0.3倍，对苯二胺溶液滴加结束后停止滴加均苯三甲酰氯溶液，保持滴加速度不变继续滴加对硝基苯甲酰氯溶液15～20min，对硝基苯甲酰氯溶液滴加结束后继续搅拌反应3～4h，离心分离并用四氢呋喃和无水乙醇各洗涤3～5次，制得具有共轭多孔聚合层的电容活性炭；(4)氢气还原并接枝改性：将具有共轭多孔聚合层的电容活性炭、钯含量8～10％的钯碳催化剂、N
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甲基吡咯烷酮按质量比1:0.03:8～1:0.05:10混合均匀，在10～20℃，以0.3～0.5mL/s速度通入氢气并反应20～24h，离心分离并用纯水和无水乙醇洗涤3～5次，在30～40℃，50～100Pa干燥6～8h，制得氢气还原后的电容活性炭；将氢气还原后的电容活性炭、N
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氧代丁基)亚苄基)
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甲氧基苯甲酰肼、乙酸和N,N
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二甲基甲酰胺按质量比1:0.6:0.1:15～1:0.8:0.2:20混合均匀，在75～85℃，600～800r/min搅拌反应3～5h，自然冷却至室温，过滤并用无水乙醇洗涤3～5次，在30～40℃，50～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海艳，马磊，郭正仙，武玉蓉，王祥碧，梁馨亓，王俊猛，韩维玲，
申请(专利权)人：贵州胜泓威新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：