[发明专利]一种石墨烯基磷酸铁锂复合材料及应用

说明书

本发明涉及一种石墨烯基磷酸铁锂复合材料及应用。该复合材料的制备方法为：将锂化合物、磷酸盐、铁盐、石墨、插层剂与水混合，制备石墨烯浆料；向石墨烯浆料中加入双氧水、氮源混合，配制前驱体浆料；将前驱体浆料进行水热反应，得到水凝胶；将水凝胶浸泡于有机碳源溶液中，分离，再在还原气氛下烧结，即得。该复合材料中，氮源起到掺杂改性的作用，可以与石墨烯形成C‑N键而改进复合材料的导电性；通过水凝胶的吸水作用，可使复合材料内部和表面吸附有机碳源，经烧结后形成多孔炭，具有提高导电率和吸液保液能力的作用，以上物质的综合作用使该复合材料具有导电率好、振实密度高的特点，显著改善了磷酸铁锂复合材料的倍率性能和克容量发挥。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料领域，具体涉及一种石墨烯基磷酸铁锂复合材料及应用。

背景技术

磷酸铁锂材料以其安全性能高、环境友好、循环寿命长等优点而成为锂离子电池的主要商品化材料，但是该材料本身存在克容量偏低、倍率性能和导电性差等缺点，限制了其在高比能量密度、快充锂离子电池领域的应用。对磷酸铁锂材料进行包覆和改性从而提高材料的克容量发挥和电子传导速率，成为改进磷酸铁锂材料的方向之一。

申请公布号为CN106602006A的专利公开了一种石墨烯磷酸铁锂复合材料，该复合材料以磷酸铁锂前驱体和石墨烯为原料，经超声分散、干燥、还原烧结，制备磷酸铁锂和包覆在磷酸铁锂表面的石墨烯。该石墨烯磷酸铁锂复合材料的石墨烯层和磷酸铁锂通过吸附作用结合在一起，仍存在导电率差、振实密度偏低等缺陷，造成材料的倍率性能、克容量发挥有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯基磷酸铁锂复合材料，从而解决现有磷酸铁锂复合材料存在倍率性能差、克容量偏低的问题。

本发明的第二个目的在于提供上述石墨烯基磷酸铁锂复合材料作为锂离子电池正极材料的应用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种石墨烯基磷酸铁锂复合材料，由包括以下步骤的方法制备而成：

1)将锂化合物、磷酸盐、铁盐、石墨、插层剂与水混合，制备石墨烯浆料；

2)向石墨烯浆料中加入双氧水、氮源混合，配制前驱体浆料；

3)将前驱体浆料进行水热反应，得到水凝胶；

4)将水凝胶浸泡于有机碳源溶液中，固液分离，再将固相在还原气氛下烧结，即得。

本发明提供的石墨烯基磷酸铁锂复合材料，向石墨烯浆料中加入双氧水、氮源进行水热反应，双氧水具有弱氧化作用，可以为石墨烯材料表面引入羟基、羧基等可反应基团，经水热反应后，石墨烯材料的可反应基团与磷酸盐中的阳离子形成具有化学键连的复合体水凝胶，干燥后形成具有纳米孔洞的高密度石墨烯磷酸铁锂前驱体，再经在还原气氛下的烧结，制备石墨烯基磷酸铁锂复合材料。

该复合材料中，氮源起到掺杂改性的作用，可以与石墨烯形成C-N键而改进复合材料的导电性；通过水凝胶的吸附作用，可使复合材料内部和表面吸附有机碳源，经烧结后形成多孔炭，具有提高导电率和吸液保液能力的作用，以上物质的综合作用使该复合材料具有导电率好、振实密度高的特点，显著改善了磷酸铁锂复合材料的倍率性能和克容量发挥。

步骤1)中，锂化合物、磷酸盐、铁盐、插层剂、石墨的摩尔比为(1～1.5)：1：1：(0.1～3)：(1～10)。该步骤中，为便于混合均匀，可将锂化合物、铁盐、磷酸盐溶于水配制混合液A；将石墨、插层剂与水混合配制混合液B，再将混合液A、混合液B混合，超声分散，制备石墨烯浆料。