[发明专利]一种磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料制备技术领域，具体涉及到一种磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

目前已知的锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO₂)、磷酸铁锂(LiFePO₄)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、镍钴酸锂(LiNi_xCo_1-xO₂)、镍钴锰酸锂(LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂)等材料。相比于其它的正极材料LiFePO₄有较高的放电比容量（3.47V）、较平稳的放电平台、良好的循环稳定性、热稳定性以及价格低廉等优点。但是LiFePO₄的电子电导率低、堆积密度小以及离子扩散效率低等缺陷使LiFePO₄的倍率性能差，这极大的限制了LiFePO₄的实际应用。

在目前已知的LiFePO₄的改性方法中，碳包覆是一种有效改性LiFePO₄的方法，可以大幅度提高LiFePO₄的大倍率充放电性能，获得较高的放电比容量。但是碳包覆会降低材料的能量密度和振实密度，而石墨烯由于导电性好、质量小、比表面积大等优点有望很好地改善上述缺点而获得结构完善和能量密度高的正极材料。但是到目前为止并没有能将石墨烯和磷酸铁锂有效混合的方法。

发明内容

为了弥补现有技术的不足之处，本发明提供一种磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法。该复合材料制备工艺简单且成本相对较低，将其应用于锂离子电池中可以实现电池电化学性能特别是高倍率下的循环稳定性的显著提升。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施 ：

（1）将石墨烯和表面活性剂核黄素磷酸钠加入到溶剂中，然后利用浴式超声和机械搅拌装置对石墨烯混合液进行分散，经过3～20 h的分散时间后得到石墨烯分散液；

（2）将络合剂、锂源化合物、铁盐化合物分别溶于溶液中，所述的锂源化合物、铁盐化合物、核黄素磷酸钠的投料量需确保 Li ∶ Fe ∶ P ＝ 2~4∶ 1 ∶ 1，而后在室温下依次加入到石墨烯分散液中，在40～60℃下调节pH=6～10，然后升温至80～90℃搅拌1～5h后移入高压反应釜中，在100～200℃的温度下反应2～30h后过滤得到磷酸铁锂/石墨烯复合材料；

（3）将得到的磷酸铁锂/石墨烯与碳源以及球磨介质按照比例投入球磨机中球磨 2～10h，球料比为1:3~1:8，调节球磨速率为100~500 rpm，球磨后30～50℃下烘干，投入高温炉在氮气或氩气等惰性气体保护下，于 500～850℃ 恒温煅烧 3～24h后得到石墨烯改性的磷酸铁锂/碳复合材料。

本发明步骤（1）所述的溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、异丙醇、1,4-丁二醇、去离子水中的一种或几种组成的混合溶剂。

步骤（2）所述的络合剂为柠檬酸铵、柠檬酸、抗坏血酸中的一种或数种的混合物；所述的锂源化合物为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、硝酸锂中的一种或数种的混合物；所述的铁盐化合物为草酸亚铁、醋酸亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁和磷酸铁其中的一种或数种的混合物。

本发明步骤（3）所述的碳源为葡萄糖、蔗糖、淀粉中的一种或两种的混合物；所述的球磨介质为水、乙醇、甲醇、丙酮中的一种或数种的混合物。

本发明所述的石墨烯改性的磷酸铁锂/碳复合材料的微观结构为碳层覆盖在磷酸铁锂纳米颗粒表面，而石墨烯片包裹着磷酸铁锂纳米颗粒或磷酸铁锂的纳米颗粒嵌入石墨烯之间。本发明具有如下优点：

（1）在磷酸铁锂表面进行微量的碳包覆，使磷酸铁锂颗粒表面形成导电网络，同时又增大材料的比表面积，提高了磷酸铁锂颗粒之间的导电性；

（2）石墨烯是世上电阻率最小的材料，与LiFePO₄的复合可以大大减小LiFePO₄的电阻，从而改善LiFePO₄的倍率性能；

（3）石墨烯改性的磷酸铁锂/碳材料中电导率高, 可提高其大倍率放电容量。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1