[发明专利]基于磷酸铁水热合成高性能磷酸铁锂/三维多孔石墨烯复合材料的方法

摘要

本发明公开了一种基于磷酸铁水热合成高性能磷酸铁锂/三维多孔石墨烯复合材料的方法。（1）将铁源、磷源溶于蒸馏水中，用氨水调节pH后水热反应,得FePO4；（2）采用改进Hummers法制备氧化石墨水溶液，超声，水热反应，冷冻干燥，得三维石墨烯；（3）将FePO4放入氧化石墨溶液中，超声后水热反应，冷冻干燥，煅烧即得到FePO4/3DG复合材料；（4）将FePO4/3DG、锂源、碳源加入无水乙醇中，研磨后预烧，加入碳源后煅烧，即得到LiFePO4/3DG/C材料。本发明工艺简单，成本低廉，对环境污染程度小，制得的复合材料倍率性能和循环性能等电化学性能良好。

主权项

一种基于磷酸铁水热合成高性能磷酸铁锂/三维多孔石墨烯复合材料的方法，其特征在于具体步骤为：（1）将铁源和磷源分别溶于蒸馏水中，配制成浓度为0.1~1 mol/L的铁源和磷源的水溶液，按Fe:P=1:1~3摩尔比称分别取上述两种溶液10~100 mL，用DF‑101S集热式恒温磁力搅拌器在室温下搅拌，用浓度为1 mol/L的氨水调节pH=1~7，继续搅匀0.5~2 小时后转移至50~200 mL以聚四氟乙烯为内衬的反应釜中，然后将反应釜放入烘箱中以80~200℃条件反应6~20 小时，自然冷却至室温，然后将溶液过滤，用去离子水和无水乙醇分别洗涤2~4次，然后将洗涤后的淡黄色沉淀物置于60~120℃的烘箱中干燥12~96 小时，得到FePO4前驱体；（2）采用改进Hummers法制备氧化石墨凝胶：将装有1~100 mL 质量分数为98%浓硫酸的烧杯放入0~20℃冰水浴中，在搅拌下依次缓慢加入1~10 g石墨粉、1~10 g NaNO3和1~10 g KMnO4反应1 ~3 小时后转移至 20~100℃水浴锅中，反应1~10 小时，再向其中缓慢滴入50~200 mL去离子水反应1~50 分钟后移至20~100℃水浴锅中反应1~50 分钟，最后加入1~100 mL质量分数为30%的H2O2至亮黄色溶液中无气泡产生，趁热过滤，并用质量分数为5%的稀盐酸和去离子水各清洗7次至pH为7后配制成浓度为1~10 mg/mL的氧化石墨水溶液，取10~100 mL该溶液加入0.01~0.1 g NiCl2·6H2O搅匀后在常温下超声1~5 小时，放入以聚四氟乙烯为内衬的50~200 mL反应釜中，80~200℃反应6~20 小时，自然冷却至室温后取出三维石墨烯凝胶用去离子水清洗2~4次并冷冻12~96 小时后放入冷冻干燥机干燥12~96 小时，即得到三维石墨烯；（3）在0.1~10 g步骤（1）制备的FePO4前驱体中放入10~100 mL浓度为1~10 mg/mL的氧化石墨溶液，常温下搅拌1~5 小时，加入0.01~0.1 g NiCl2·6H2O超声1~5 小时后放入以聚四氟乙烯为内衬的50~200 mL反应釜中，80~200℃反应6~20 小时，自然冷却至室温后取出FePO4/3DG凝胶用去离子水清洗2~4次并冷冻12~96 小时后放入冷冻干燥机干燥12~96 小时，最后将干燥后样品放入通有氩气氛围的管式炉中以2~10℃/分钟加热速率在300~800℃下煅烧1~20 小时即得到FePO4/3DG复合材料；（4）将0.05~5 g步骤（3）所得到的FePO4/3DG复合材料、0.05~5 g锂源和0.05~5 g碳源置于玛瑙研钵中，向玛瑙研钵中加入10~30 mL无水乙醇，研磨均匀后放入通有氩气氛围的管式炉中以2~10℃/分钟加热速率在300~800℃下预烧1~20 小时，取出预烧样品加入0.05~5 g 碳源研磨充分后再放入通有氩气的管式炉中以2~10℃/分钟加热速率在300~800℃下煅烧1~20 小时，即得到磷酸铁锂/三维多孔石墨烯复合材料即LiFePO4/3DG/C材料；所述铁源为草酸亚铁、三氧化二铁、硝酸铁和硫酸亚铁中的一种或多种；所述磷源为磷酸、磷酸铵、磷酸氢二胺和磷酸二氢铵中的一种或多种；所述锂源为醋酸锂、氢氧化锂和碳酸锂中的一种或多种；所述碳源为柠檬酸、葡萄糖、乙炔黑、蔗糖和抗坏血酸中的一种或多种。