[发明专利]表面活性剂辅助石墨烯三维网络改性磷酸亚铁锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种表面活性剂辅助石墨烯三维网络改性磷酸亚铁锂正极材料及其制备方法。

背景技术

目前，世界各国均在大力推广新能源汽车，其发展的主要瓶颈是安全可控的动力型电池的开发。锂离子电池具有传统的动力电池所不具备的高能量密度、重量轻、不污染环境、无记忆效应、工作性能稳定、安全可靠等特点，是新一代动力电源的发展方向。

石墨烯具有二维晶格结构，平面中的碳原子以sp²杂化轨道相连组成六边形晶格结构，即碳原子通过很强的σ键与相邻的三个碳原子连接，C-C键使石墨烯具有很好的结构刚性。剩余的一个p电子轨道垂直于石墨烯平面，与周围的原子形成π键，π电子在晶格中的离域化，使石墨烯具有良好的导电，室温下平面上的电子迁移率为1.5×10⁴cm²/V·s，远远超过电子在一般导体中的传导速率。因此有很多专利通过在石墨烯表面原位生长(如专利201010226062.6，201110050148.2，201210008944.4)或者将石墨烯或氧化石墨烯与正极材料进行物理混合，然后通过高温退火的方法获得石墨烯改性正极活性材料，如专利200910155316.7。石墨烯或者氧化石墨烯表面原位生长法通常需要在正极材料制备过程中引入石墨烯或者氧化石墨烯，这样就需要工艺过程及条件进行更改。而将石墨烯或者氧化石墨烯与正极材料物理混合则不干涉正极材料原有的生产过程。但是，由于商品化的正极活性材料通常是经过一定的表面处理或者修饰，直接在去离子水中分散不好。

发明内容

本发明所要解决的第一技术问题是提供一种石墨烯三维网络改性磷酸亚铁锂正极材料。

本发明所要解决的第二技术问题是提供一种表面活性剂辅助石墨烯三维网络改性磷酸亚铁锂正极材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

表面活性剂辅助石墨烯三维网络改性磷酸亚铁锂正极材料，为石墨烯改性磷酸亚铁锂材料，石墨烯以三维网络的形式包覆在磷酸亚铁锂材料的表面，其中，石墨烯与磷酸亚铁锂的重量比为1∶100～1∶6。

表面活性剂辅助石墨烯三维网络改性磷酸亚铁锂正极材料的制备方法包括以下步骤：

1)将氧化石墨烯超声分散在去离子水或有机溶剂中作为整个反应体系的分散液，或进一步经化学还原方法还原得到石墨烯分散液；

2)在表面活性剂的辅助下将磷酸亚铁锂分散在去离子水或者有机溶剂中；

3)将步骤1)和步骤2)得到的产品进行混合，过滤、干燥后再经过退火得到表面活性剂辅助石墨烯三维网络改性磷酸亚铁锂正极材料。

作为优选的实施方式，所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮或N，N-二甲基甲酰胺中的一种或几种，或者上述任意一种或几种物质与水的混合溶液。

作为优选的实施方式，步骤1)的分散液中，氧化石墨烯或石墨烯的浓度为0.01mg/mL～10mg/mL。

作为优选的实施方式，步骤2)中的表面活性剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或非离子表面活性剂，表面活性剂的含量为磷酸亚铁锂的0.01～2.5wt％。

作为更加优选的实施方式，表面活性剂包括硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酰胺、十八烷基三甲基氯化铵、卵磷脂、单硬脂酸甘油酯、脂肪酸甘油酯或聚山梨酯。

作为优选的实施方式，步骤3)中混合后磷酸亚铁锂的固含量为10g/L～500g/L，氧化石墨烯或石墨烯与磷酸亚铁锂的重量比为1∶100～1∶6。

作为优选的实施方式，步骤3)中：混合是指通过研磨、搅拌或超声等方法进行混合均匀，混合时间为0.1～3h；过滤是指使用抽滤、压滤或离心将固液进行分离；干燥温度为40～120℃，干燥时间为0.5～20h；退火是指在保护气体的作用下，控制退火温度为300～1000℃对材料热还原1～24h，随后自然冷却至室温得到产物。

作为更加优选的实施方式，采用的保护气体选自氮气、氩气或氢气中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明通过表面活性剂的作用，先将磷酸亚铁锂正极材料单分散到去离子水或者一定溶剂中，从而解决氧化石墨烯或者石墨烯包裹磷酸亚铁锂团聚体的问题，实现每个单分散颗粒表面都获得较好的三维网络状的石墨烯包裹。从而极大地降低了电极的极化，提高电池的倍率性能。

附图说明

图1为表面活性剂辅助石墨烯三维网络改性磷酸亚铁锂正极材料的SEM照片。