[發明專利]三明治結構的石墨烯/磷酸鐵鋰復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110050148.2
• 申請日: 2011-03-03
• 公開（公告）號: CN102148371A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 趙兵;仲明陽;宋勁松;劉鵬;徐為文;方濤;焦正;吳明紅
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/13;H01M4/139
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

1.?一種三明治結構的石墨烯/磷酸鐵鋰復合材料，其特征在于：該復合材料中石墨烯層片被磷酸鐵鋰外殼完全包裹后形成的塊狀顆粒，顆粒內部是一層磷酸鐵鋰/一層石墨烯的多層堆疊的三明治結構。

2.?一種用于權利要求1所述的三明治結構的石墨烯/磷酸鐵鋰復合材料的制備方法，其特征在于該方法具有以下步驟：

液相法合成三明治結構的石墨烯/磷酸鐵前驅體

a.?稱取一定量的過硫酸鉀和五氧化二磷，溶解于濃硫酸中，過硫酸鉀和五氧化二磷相對于濃硫酸的比例均為0.2?g/mL；80℃保溫若干小時后，將適量的天然石墨粉加入上述溶液，天然石墨粉與過硫酸鉀的質量比為1:1～2:1；冷卻至室溫，用去離子水稀釋后靜置過夜；過濾浮去殘留酸后真空干燥；

b.?將上述產物溶解于濃硫酸中，在冰浴條件下加入高錳酸鉀，高錳酸鉀與上述產物的質量比為2:1～4:1；35℃恒溫攪拌若干小時，再用去離子水稀釋靜置；取適量30wt%H₂O₂加入上述溶液；過濾后先用體積比為1：10的HCl溶液洗滌，再用去離子水洗滌；

c.?將上述溶液加去離子水稀釋，先后加入一定量的水溶性亞鐵鹽及水溶性含磷化合物；水溶性亞鐵鹽及水溶性含磷化合物按各自所含的Fe²⁺與PO₄^3-的摩爾比為1:1配料，濃度均為反應體系的0.01～0.1?mol/L；上述溶液與水溶性亞鐵鹽所含的Fe²⁺的比例為10～30?L/mol；溶解后加入適量的30wt%H₂O₂，室溫下攪拌若干小時，離心并用去離子水清洗若干次，所得膏狀物置于鼓風烘箱內，80℃干燥若干小時；

d.?將干燥后的材料研磨成粉狀，置于管式爐中，在通惰性氣體保護的條件下，200～800℃退火4～6小時后自然冷卻，得到去除結晶水的具有三明治結構的石墨烯/磷酸鐵復合材料前驅體；

石墨烯/磷酸鐵前驅體嵌鋰合成三明治結構的石墨烯/磷酸鐵鋰

e.?取一定量的碘化鋰溶于適量的乙腈中，再加入相應量退火后的石墨烯/磷酸鐵前驅體；碘化鋰與石墨烯/磷酸鐵復合材料的質量比為2:1～4:1，LiI在乙腈中的濃度為0.2～1.0?mol/L；室溫下攪拌10～24小時，離心并用乙腈清洗若干次，所得沉淀置于真空干燥箱內，60～200℃干燥若干小時；

f.?將上述干燥所得材料置于管式爐中，在惰性氣體或還原氣氛下，500～800℃煅燒2～10小時后自然冷卻，得到均勻分散的石墨烯/磷酸鐵鋰復合材料。

3.?根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟c中所述的水溶性亞鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵或硫酸亞鐵銨中的一種。

4.?根據權利要求2所述的方法，其特征在于步驟c中所述的水溶性含磷化合物為磷酸、磷酸二氫銨或磷酸氫二銨中的一種。

5.?根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述的石墨烯/磷酸鐵前驅體嵌鋰合成三明治結構的石墨烯/磷酸鐵鋰采用高溫固相反應嵌鋰工藝的步驟如下：

取一定量退火后的石墨烯/磷酸鐵前軀體，和一定比例的鋰化合物充分混合，鋰化物中所含的Li元素與石墨烯/磷酸鐵復合材料的質量比為1:10～1:20；然后將混合物置于管式爐中，在惰性氣氛或者還原氣氛下，于500～800℃煅燒2～10小時后自然冷卻，得到均勻分散的石墨烯/磷酸鐵鋰復合材料。

6.?根據權利要求5所述的方法，其特征在于所述的鋰化合物為碳酸鋰、氫氧化鋰、氧化鋰、乙酸鋰中的任一種。

7.?根據權利要求2或5所述的方法，其特征在于所述的還原氣氛為Ar/H₂體積比為95:5。