[发明专利]硅酸亚铁锂/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，尤其涉及一种硅酸亚铁锂/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。

Li₂FeSiO₄系锂离子电池正极材料以自然资源丰富、环境友好、高安全性以及循环稳定等优点，具有很好的应用前景。目前Li₂FeSiO₄系正极材料的研究刚起步，需要进一步研究改善此类材料的性能。由于硅酸盐中存在的形态较多，在Li₂FeSiO₄材料的合成过程中容易出现杂质，合成纯相Li₂FeSiO₄比较困难。同时Li₂FeSiO₄存在着相似的问题：Li₂FeSiO₄具有很低的电子电导率和锂离子扩散系数小，使得锂离子在材料中的脱嵌可逆性较差，导致Li₂FeSiO₄低的放电比容量和较差的倍率性能。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种可逆容量和放电比容量较高，以及倍率性较好的硅酸亚铁锂/石墨烯复合材料。

本发明的技术方案如下：

一种硅酸亚铁锂/石墨烯复合材料，按照质量百分比计算，包括50~90%的硅酸亚铁锂和10~50%的石墨烯。

上述硅酸亚铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将铁的源化合物、硅酸锂和氧化石墨进行研磨，得到混合粉体；其中，铁的源化合物与硅酸锂的加入量按照铁元素与硅元素摩尔比为1:1进行，氧化石墨的加入量为硅酸锂质量的0.333~3倍；

还原气氛下，于800~1000℃下对混合粉体煅烧6~24小时，得到所述硅酸亚铁锂/石墨烯复合材料。

所述硅酸亚铁锂/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。

所述硅酸亚铁锂/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。

所述硅酸亚铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述还原气氛的气体为体积比为90:10的氢气和氩气的混合气体或者氢气和氮气的混合气体。

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的硅酸亚铁锂/石墨烯复合材料、聚偏氟乙烯和乙炔黑；按照质量百分比计算，所述硅酸亚铁锂/石墨烯复合材料包括50~90%的硅酸亚铁锂和10~50%的石墨烯。

上述电池正极可以应用于锂离子电池正极领域。

本发明的硅酸亚铁锂/石墨烯复合材料，石墨烯具有很高的电导率，与硅酸亚铁锂复合之后能有效的解决硅酸亚铁锂材料电子电导率和离子电导率不高的问题，进而提高可逆容量；同时，该复合材料放电比容量可以达到145mAh/g，接近理论容量166mAh/g；该材料制备的锂离子电池能够在5C的电流密度下进行充放电，同时容量保有率能达到62.8~80%。

附图说明

图1为本发明硅酸亚铁锂/石墨烯复合材料的制备工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供的一种可用于锂离子电池正极的活性材料，即硅酸亚铁锂/石墨烯复合材料，其中，按照质量百分比计算，硅酸亚铁锂（Li₂FeSiO₄）质量含量占50~90%，石墨烯占10~50%。

上述硅酸亚铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、将铁的源化合物、硅酸锂和氧化石墨放入球磨机中，球磨1~10h，得到混合粉体；其中，铁的源化合物与硅酸锂的加入量按照铁元素与硅元素摩尔比为1:1进行，氧化石墨的加入量为硅酸锂质量的0.333~3倍；

S2、将混合粉体放入还原气氛的马弗炉中，800~1000℃煅烧6~24小时，得到硅酸亚铁锂/石墨烯复合材料。