[发明专利]一种磷酸铁锂/石墨烯/碳复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池正极复合材料的技术领域，更具体的，涉及一种磷酸铁锂/石墨烯/碳复合正极材料的制备方法。

背景技术

自Goodenough 等首次提出聚阴离子锂电正极材料磷酸铁锂以来，研究者对聚阴离子磷酸盐展开了大量研究，其中最为成功的就是实现了磷酸铁锂正极材料的工业化生产。

目前磷酸铁锂/碳复合材料的合成方法有多种，石墨烯是由sp2杂化的碳原子构成的二维晶体，具有良好的导电性，大的比表面积。石墨烯优异的电学性能使其适合作为导电添加剂。将两者复合，制备磷酸铁锂/石墨烯/碳复合材料的方法并不多，复旦大学以乙二醇作为溶剂，使用溶剂热法在250℃下原位合成磷酸铁锂/石墨烯/碳复合材料，通过这种方法能够合成得到均一度较好的纳米尺寸的磷酸铁锂颗粒，并且使磷酸铁锂颗粒均匀分布在石墨烯片上，这样石墨烯就能够在提供锂离子迁移通道，同时乙二醇可以提高磷酸铁锂颗粒的分散性，但是该方法操作繁琐，成本高，浓度不好控制，产品性能受影响；专利CN102751496A通过制备Fe₂O₃/石墨烯复合物作为前驱体，然后通过溶剂热反应得到LiFePO4/石墨烯复合物，然而其过程比较繁琐，所得复合材料的电化学性能不稳定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单、环保、结构稳定、循环性能好、生产成本低廉的磷酸铁锂/石墨烯/碳复合正极材料的制备方法。

本发明另一个解决的技术问题在于提供一种磷酸铁锂/石墨烯/碳复合正极材料。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种磷酸铁锂/石墨烯/碳复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将可溶性的锂化合物、铁化合物、磷酸盐按照锂、铁、磷的原子比为1:1:1混合置于去离子水中，同时加入适量柠檬酸钠和氧化石墨烯，在一定的温度下充分搅拌形成混合液；

S2、把表面附着有铁化合物的碳基平躺着置于步骤S1所得混合液中浸渍数天，取出浸渍后的碳基烘干，然后在保护气氛下进行高温煅烧一段时间，后取出冷却；

S3、以煅烧冷却后的基体为对象，重复步骤S1、S2不少于2次；

S4、将步骤S3所得基体在保护性气氛下进行依次低温碳化处理和高温合成处理，得磷酸铁锂/石墨烯/碳复合正极材料。

本发明创造性的将表面附着有铁化合物的碳基置于含有锂离子、铁离子、磷离子、柠檬酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中浸渍数天，混合溶液中，同时进行三组反应，氧化石墨烯和锂离子、铁离子、磷离子发生反应，柠檬酸钠和锂离子、铁离子、磷离子发生反应，氧化石墨烯与柠檬酸钠发生还原反应，最终三组反应可形成初步复合材料，当基体浸入混合液后，碳基表面附着的铁化合物可作为晶种，让复合材料种子周围生长、变大，直至形成性能优良的复合材料，所形成的磷酸铁锂/石墨烯/碳复合材料性能优越，同时本发明的制备方法工艺简单、容易操作、成本较低。

优选地，步骤S1中所述柠檬酸钠加入后的质量分数为5~25%，所述氧化石墨烯加入后的质量分数为5~10%，在温度70~90℃下搅拌0.5~2h。

优选地，步骤S2所述表面附着有铁化合物的碳基在混合液中浸渍的天数为3~5天；

优选地，步骤S2所述高温煅烧在管式炉中进行，温度为800~1000℃，煅烧时间为0.5~1h，保护气氛为氮气。

优选地，步骤S4中，所述低温碳化处理具体参数为：在500~580℃下低温碳化1~2h，优选为在550℃下低温碳化1.5h；所述高温合成处理具体参数为：在900-1000℃下高温合成2~3h，优选为在950℃下高温合成2.5h。

优选地，所述表面附着有铁化合物的碳基的制备方法为：将适量铁化合物与纯水混合形成溶液或悬浊液，采用喷雾的形式将上述溶液或者悬浊液均匀喷涂在基体表面，然后把喷涂有铁化合物溶液的碳基真空烘干，再置于管式炉中，一定温度下在惰性气氛中煅烧一定时间。

进一步优选地，碳基上所述铁化合物为Fe₂O₃、Fe₃O₄的一种或多种，所述铁化合物制成水溶液或者悬浊液的浓度为0.1~0.15mmol/ml；

进一步优选地，所述真空烘干具体操作是将基体置于温度为110℃~120℃的真空干燥箱中烘干1~5小时；

进一步优选地，管式炉中煅烧温度为300~600℃，时间为1~2小时，所述保护气体为氮气。