本發(fā)明屬于高能電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是合成鋰離子電池正極材料的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰具有綠色環(huán)保、 安全性能好、 成本低等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。然而磷酸鐵鋰自身較差的離子導(dǎo)電性和電子導(dǎo)電性嚴(yán)重限制其實(shí)際應(yīng)用。

目前，對橄欖石磷酸鐵鋰的改性研究主要集中于（1）改進(jìn)合成工藝，（2）離子摻雜, （3） 表面包覆。近年來發(fā)現(xiàn)的石墨烯片層中碳原子均為 sp²雜化, 有較高的導(dǎo)電性，但由于石墨烯合成工藝比較復(fù)雜，并且固有的片層結(jié)構(gòu)很難原位包覆在磷酸鐵鋰表面，因此，類石墨烯碳層包覆材料受到了廣泛的關(guān)注。但通過用靜電紡絲高分子膜為碳源，原位包覆磷酸鐵鋰形成前驅(qū)物，進(jìn)一步低溫水熱反應(yīng)，再高溫煅燒直接得到多孔氮摻雜類石墨烯碳膜包覆磷酸鐵鋰復(fù)合物的方法未見報(bào)道，該法得到的多孔氮摻雜類石墨烯碳膜包覆磷酸鐵鋰復(fù)合物，其多級孔分布的特性有利于電解液和鋰離子的傳輸，氮摻雜的類石墨烯碳膜為電子的傳輸提供了通道，提高了鋰離子電池的循環(huán)性能和倍率性能。目前國內(nèi)外對LiFePO₄進(jìn)行表面碳包覆的研究還有：

. Wei W, Lv W, Wu MB , Su FY ,He YB, Li Bh et al. The effect of graphene wrapping on the performance of LiFePO₄ for a lithium ion battery. Carbon 2013; 57: 530-536.

. Yang JL, Wang JJ, Li XF, Wang DN, Liu J, Liang GX, et al. Hierarchically porous LiFePO₄/nitrogen-doped carbon nanotubes composite as a cathode for lithium ion batteries. J. Mater. Chem. 2012; 22: 7537-7543.

. Zhipeng Ma, Yuqian Fan, Guangjie Shao, Guiling Wang, Jianjun Song, and Tingting Liu, In situ catalytic synthesis of high-graphitized carbon-coated LiFePO₄ nanoplates for superior li-ion battery cathodes, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7, 2937?2943.

. 中國發(fā)明專利201110445613.2 一種碳包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法主要包括以下步驟：將磷酸鐵、氫氧化鋰和有機(jī)碳源混合、球磨、噴霧干燥、焙燒、粉碎；所述磷酸鐵和氫氧化鋰的摩爾比為1∶1，所述磷酸鐵和有機(jī)碳源中Fe∶C摩爾比為1∶1。所制備的碳包覆的磷酸鐵鋰復(fù)合材料以及以此制備的磷酸鐵鋰電池正極，具有優(yōu)良的電導(dǎo)率、振實(shí)密度與電化學(xué)性能，同時(shí)碳含量低、適合工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)其成本更低，更具應(yīng)用前景。上述方法存在合成工藝復(fù)雜，制備時(shí)間長等方面的缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡便、對環(huán)境無污染或少污染、產(chǎn)率高、能耗低、適用范圍廣的能夠大倍率快速充放電的鋰離子電池正極材料多孔氮摻雜類石墨烯碳膜包覆磷酸鐵鋰復(fù)合物的制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種由靜電紡絲高分子膜為碳源合成鋰離子電池正極材料多孔氮摻雜類石墨烯碳膜包覆磷酸鐵鋰復(fù)合物的方法。

本發(fā)明包括下述步驟；采用靜電紡絲高分子膜為碳源，將其與磷酸鐵鋰前驅(qū)體低溫水熱反應(yīng)后，再高溫煅燒，得到多孔氮摻雜類石墨烯碳膜包覆磷酸鐵鋰復(fù)合物。本發(fā)明采用靜電紡絲高分子膜為碳源合成了多孔氮摻雜類石墨烯碳膜，成本低、方法簡單，工藝環(huán)保。具體合成步驟如下：

（1）配好紡絲液后，進(jìn)行靜電紡絲，得到靜電紡絲高分子膜；

（2）將磷酸鐵鋰前驅(qū)體加入蒸餾水中，溶解后，加入抗壞血酸，攪拌，得到前驅(qū)體溶液；

（3）將（2）中的前驅(qū)體溶液與(1)中紡好的高分子膜加入水熱釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)；

（4）烘干后在還原氣氛下進(jìn)行煅燒；

（6）在管式爐中自然冷卻至室溫，制得復(fù)合物樣品。

附圖說明

圖1 (a，b)為所制備的多孔氮摻雜類石墨烯碳膜包覆磷酸鐵鋰復(fù)合物掃描電鏡圖，(c，d)為其透射電鏡圖。圖2為該復(fù)合物在2.5-4.2V電壓區(qū)間的倍率性能圖。圖3為該復(fù)合物在10 C下的循環(huán)放電曲線圖及庫倫效率。

具體實(shí)施方式

（1）將質(zhì)量比為1:1的PVP（聚乙烯吡咯烷酮）和尿素加入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，配成具有可紡性的紡絲液，將上述攪拌均勻的紡絲液倒入注射器中，進(jìn)行靜電紡絲，正高壓調(diào)到18KV左右，負(fù)高壓調(diào)到-2KV左右，接收器和注射器之間的距離為18 cm左右，相對濕度10%，溫度為40 ℃。

（2）將適量CH₃COOLi，F(xiàn)e(NO₃)₃，H₃PO₄加入蒸餾水溶解后，加入抗壞血酸，攪拌，得到前驅(qū)體溶液。

（3）將（2）中的前驅(qū)體溶液與(1)中紡好的高分子膜加入到水熱釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)。

（4）將烘干后前驅(qū)體在體積比為5:95的H₂/N₂保護(hù)氣氛下進(jìn)行煅燒。

（5）在管式爐中自然冷卻至室溫，制得多孔氮摻雜類石墨烯碳膜包覆磷酸鐵鋰復(fù)合物樣品。

（6）采用本發(fā)明得到的復(fù)合物作為電池正極材料，在2.5-4.2 V電壓區(qū)間內(nèi)測試，在0.1 C下該復(fù)合物首次放電容量171 mAh g^-1，在5 C倍率下的放電容量為114.5 mAh g^-1；在10 C 倍率下，300次充放電循環(huán)后放電容量為80 mAh g^-1（1 C下LiFePO₄ 的理論容量為170 mAh g^-1）。