[发明专利]一种在金属基上制备磷酸钒锂/膨胀微晶石墨复合电极材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于电池电极复合材料的技术领域，更具体的，涉及一种在金属基上制备磷酸钒锂/膨胀微晶石墨复合电极材料的方法。

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，而人们对磷酸钒锂的研究报道不是很多，目前仍未实现工业化生产。但磷酸钒锂是性能比磷酸铁锂更优异的一种材料，具有以下优点：a、其具有优良的热稳定性，在目前所研究的正极材料中仅稍低于磷酸亚铁锂；b、有高的放电电压和多个放电电压平台，平均放电电压为4.1 V，高于磷酸亚铁锂的3.4 V放电电压，而且有3.5V、3.6V、4.1V 和4.6V 4 个放电平台；c、优异的循环稳定性和高的放电容量，理论容量为197mAh/g，高于磷酸亚铁锂170mAh/g的理论容量。可以看出，磷酸钒锂的研究空间很大。

目前磷酸钒锂/石墨烯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，可以制备磷酸铁锂/石墨烯复合材料的方法，但是现在制备石墨烯成本过高，同时中国石墨烯产量不高，使用石墨烯制备得到的复合电极材料性能并没有特别大的提升，所以使磷酸钒锂/石墨烯复合电极材料很难进行产业化应用。

微晶石墨在我国储量高达20亿吨，微晶石墨的晶体呈镶嵌集合体， 颗粒微小，电子显微镜下可见单体形态，具有很好的电化学性能，但是现在大量微晶石墨的利用都属于低附加值利用，膨胀微晶石墨在微晶石墨的基础上进行膨化，比表面积大大增加，电化学性能更加优异，我们可以尝试用膨胀石墨代替石墨烯制备复合电极材料以取得更好的复合电极材料。

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钒锂/微晶膨胀石墨复合电极材料的制备方法，该复合电极材料使用了廉价易得的膨胀微晶石墨替代石墨烯为原料，在基体上与磷酸钒锂相结合形成，得到的复合材料具有优异的电化学性能，在保持充放电比容量不降的情况下，具有更好的循环稳定性，经济效益高，适合工业化应用。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种磷酸钒锂/膨胀微晶石墨复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

一种在金属基上制备磷酸钒锂/膨胀微晶石墨复合电极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将可溶性的锂化合物、钒化合物、磷酸盐按照锂、钒、磷的原子比为3:2:3混合置于去离子水中，同时加入适量柠檬酸和膨胀微晶石墨，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，在基体表面得磷酸钒锂/膨胀微晶石墨复合电极材料。

本发明创造性的将表面附着有钒化合物的金属基体置于含有锂离子、钒离子、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，锂离子、钒离子、磷离子发生反应，柠檬酸和锂离子、钒离子、磷离子发生反应，然后与膨胀微晶石墨发生复合，最终三组反应可形成初步复合材料，当基体浸入混合液后，金属基体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，所形成的磷酸钒锂/膨胀微晶石墨复合材料性能优越，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中膨胀微晶石墨由微晶石墨采用高温膨胀法制备得到。

优选地，步骤S1中所述柠檬酸加入后的质量分数为10~15%，所述膨胀微晶石墨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。

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850-950℃下高温合成2~3h，优选为在900℃下高温合成2.5h。