[发明专利]氟磷酸钒锂/氟化石墨烯复合正极材料在锂离子电容器中的应用

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，涉及一种氟磷酸钒锂/氟化石墨烯复合正极材料在锂离子电容器中的应用。

背景技术

氟磷酸钒锂(LiVPO₄F)是一种新型的聚阴离子材料，其结构是一个有PO₄四面体和VO₄F₂八面体构建的三维框架网络，其中PO₄四面体和VO₄F₂八面体共用一个氧顶点，而VO₄F₂八面体之间以氟顶点相连接，在这三维结构中，锂离子分别占据两个不同的位置。作为正极材料， LiVPO₄F具有很高的电位平台(4.2V v.s.Li)，理论比容量为156mAh/g，锂离子传输可逆性好、能量密度高、电化学性能好，具有较高的热稳定性及安全性能。J.Barker等人于2003年利 用高温固相法首次合成了具有电化学性能的LiVPO₄F。F.Zhou等人研究了充电态LiVPO₄F的 热稳定性，发现其比LiFePO₄及锂氧化物正极材料具有更好的热稳定性，安全性好，是一种非常有开发前景的锂离子电池正极材料。

氟化石墨作为高能锂电池的活性物质，已引起新型化学电源研究者们的极大兴趣和重视，并已成功开发成功相应的高能电池，氟化石墨锂电池具有诸多优点，如电压、能量密度高、利用率高、电压平稳等。但是也存在一些不足，如氟化石墨材料导电率和稳定性低，从而导致电池大电流性能较差等不足，将氟磷酸钒锂与氟化石墨复合可以解决这些不足，使复合电极材料具备更好的电化学性能，寻找一种好的方法制备氟磷酸钒锂/氟化石墨烯复合正极材料对锂离子电极材料的研究具有重要的意义。

中国专利CN102569725A公开了一种氟化石墨烯-氟磷酸钒锂复合材料及其制备方法与应用，但本发明制备得到的复合材料导电率和稳定性不高，同时生产效率低，利用率不高。

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，提供一种氟磷酸钒锂/氟化石墨烯复合正极材料在锂离子电容器中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

氟磷酸钒锂/氟化石墨烯复合正极材料在锂离子电容器中的应用，将制备的氟磷酸钒锂/氟化石墨烯复合正极材料制成电极片作为正极，采用活性炭和石墨混合制成电极片作为负极，正负极片之间夹以聚丙烯隔膜，组装成锂离子电容器，正负极片之间注入浓度为1mol/L的硝酸锂水溶液为电解液；

其中，氟磷酸钒锂/氟化石墨烯复合正极材料的制备步骤如下：

S1.将锂源、钒源、氟源与磷源按照锂、钒、氟、磷的原子比为1:1:1:1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.把表面附着有钒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，在基体表面得氟磷酸钒锂/氟化石墨烯复合正极材料。

本发明创造性的将表面附着有钒化合物的碳基置于含有锂离子、钒离子、氟离子、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，同时进行以下反应，氧化石墨烯和锂离子、钒离子、氟离子、磷离子发生反应，柠檬酸钠和锂离子、钒离子、氟离子、磷离子发生反应，氧化石墨烯与柠檬酸钠发生还原反应，石墨烯在高温下与氟离子发生反应，最终反应可形成初步复合材料，当基体浸入混合液后，碳基表面附着的钒化合物可作为晶种，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，所形成的氟磷酸钒锂/氟化石墨烯复合材料性能优越，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30~40%，所述氧化石墨烯加入后的质量分数为5~10%，在温度70~90oC下搅拌0.5~2h。

优选地，步骤S2所述表面附着有钒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。