[发明专利]氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料领域，尤其涉及一种氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着各种新能源的发展，便携式电子设备的小型化发展及电动汽车对大容量高功率化学电源的广泛需求。目前商品化的锂离子电池大多采用无机正极/石墨体系，其中这些正极材料主要是磷酸铁锂，锰酸锂，钴酸锂，镍酸锂以及混合的体系。虽然这类体系的电化学性能优异，但是由于其本身容量较低(如磷酸铁锂的理论170mAh/g)，制备工艺复杂，成本高等诸多的缺点。所以开发新型的其它种类的正极材料受到了人们的广泛的重视。

锂离子电池能否成功大型化的关键一点是锂离子电池的安全性能否从根本上得以改善，从安全问题发生的化学反应机理看，选择电化学和热稳定的锂离子电池电极材料是预防电芯滥用导致安全问题的最基础也是最重要的手段。一般而言，电极材料特别是正极材料的热稳定性是锂离子动力电池安全性的重要因素，因而寻找安全性能高的正极材料对动力电源用锂离子电池的开发具有非常重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种安全性好、循环更稳定的氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料，该复合材料可以作为动力型埋离子电池的正极。

本发明的技术方案如下：

一种氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料，按照质量百分比，包括50~95%的氟磷酸铁锂和5~50%的石墨烯。

上述氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

按照铁元素与磷元素1:1的摩尔比例，将铁的源化合物和磷酸盐进行研磨，得到前驱粉体；

将所述前驱粉体在700~1000℃下煅烧6~24小时，得到磷酸铁；

将磷酸铁、氧化石墨和氟化锂进行研磨，得到混合粉体；其中，磷酸铁与氟化锂的摩尔比为1:1，氧化石墨的加入量为磷酸铁和氟化锂总质量的0.088~1.66倍；

惰性气体保护下，于500~1000℃下对混合粉体煅烧60~180分钟，得到所述氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料。

所述氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述铁的源化合物为氧化铁、氧化亚铁及四氧化三铁中的一种或几种。

所述氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述磷酸盐磷酸铵、磷酸氢铵及磷酸二氢铵中的一种或几种。

所述氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，其中，研磨是在球磨机中进行，且研磨时间为1~10小时。

所述氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气及氖气中的一种或几种。

本发明还涉及一种电池正极，包括铝箔，以及涂覆在铝箔上的正极材料，该正极材料包括质量比为85:5:10的氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料、聚偏氟乙烯和乙炔黑；按照质量百分比，所述氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料包括50~95%的氟磷酸铁锂和5~50%的石墨烯。

上述电池正极可以应用于锂离子电池正极领域。

本发明氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料，安全性好、循环更稳定，该材料在60℃下均能保持良好的循环稳定性，放电容量从144mAh/g衰减到131mAh/g，容量保持率约为91%，与常见的过渡金属氧化物正极材料相比，在价格、安全性能以及电化学性能等方面具有独特的优势，可以成为动力型埋离子电池正极。

附图说明

图1为本发明氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备工艺流程图。

具体实施方式

本发提供的一种可用于锂离子电池正极的活性材料，即氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料，其中，按照质量百分比计算，复合材料包括50~95%的氟磷酸铁锂（LiFePO₄F）和5~50%的石墨烯。

上述氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、按照铁元素与磷元素1∶1的摩尔比例，将铁的源化合物和磷酸盐混合后放入球磨机，球磨1~10h，得到前驱粉体；

S2、将前驱粉体放入马弗炉中，在700~1000℃下煅烧6～24h，得到磷酸铁（FePO₄）；

S3、将氧化石墨、步骤S2得到的FePO₄与氟化锂（LiF）放入球磨机，球磨1~10h，得到混合粉体；其中，磷酸铁与氟化锂的摩尔比为1:1，氧化石墨的加入量为磷酸铁和氟化锂总质量的0.088~1.66倍；

S4、将混合粉体放入惰性气体保护的马弗炉中，500~1000℃煅烧60~180分钟，得到氟磷酸铁锂/石墨烯复合材料。