[發(fā)明專利]一種高容量的石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310733061.4
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103887477A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 何兵;李旺;于鳳海;王漢杰
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州金馬能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397;H01M4/58
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 俞潤體;金磊

1.一種高容量的石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于所述的方法包括：

a．制備碳包覆磷酸鐵鋰粉末，作為被石墨烯包覆的原料；

b．經(jīng)過優(yōu)化選擇一種含K₂SO₄的水溶液作為電解質(zhì)溶液，加入反應容器中，反應容器可以是玻璃或陶瓷器具及塑料容器；

c．用天然石墨或石墨粉末壓成桿作為制作石墨烯的原料，也作為一個正極工作電壓，將鎢絲用銀焊連接條形天然石墨；用一根鉑絲做負極放置于反應容器中；

d．加1-4V電壓于石墨電極上，并且SO₄^2-緩慢地插入石墨晶界中；

e．施加高偏移電壓+8至+16V，在施加+10V偏移電壓前，天然石墨仍然為一個單片，一旦高偏移電壓加上，石墨薄片開始膨脹，石墨開始氧化，緊接著加一個負的偏移電壓-8V至-16V于石墨電極上，被氧化石墨發(fā)生還原，如此重復，石墨迅速離解，直到分解成雙層石墨烯薄片，厚度為2-4nm，擴散到溶液中，漂浮于電解質(zhì)表面上；

f．將漂浮于K₂SO₄溶液上的石墨烯被收集，通過過濾膜真空過濾，將大石墨顆粒除掉后，用水反復洗滌，除去殘留酸液；

g．干燥后，最后將得到的石墨烯薄膜的粉末分散在二甲基甲酰胺溶液中，通過溫和的水浴進行超聲處理；

h．將懸浮液進行離心分離，離心分離懸浮溶液后，所得薄膜片，即為所要的1.5nm級的成品石墨烯薄片，將石墨烯薄片經(jīng)過硝酸處理；

i．將石墨烯薄片分散在二甲基甲酰胺溶液中，得到濃度為150-500ppm的石墨烯溶液，在高溫攪拌的條件下將所制得的石墨烯溶液一滴一滴地添加到碳包覆磷酸鐵鋰粉末中，通過范德華力石墨烯均勻地包覆在碳包覆磷酸鐵鋰粉末上，與此同時，二甲基甲酰胺溶劑逐漸蒸發(fā)，最后將得到的石墨烯修飾改性的覆碳磷酸鐵鋰正極材料置于真空干燥箱中，干燥得到的粉末就是成品石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料，用真空包裝保存。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量的石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于所述的所述的K₂SO₄的水溶液為質(zhì)量濃度98%的H₂SO₄放入去離子水，以及加入質(zhì)量濃度30%的KOH溶液配置而成作為電解液，其pH值10～12。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量的石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于所述的天然石墨片的尺寸5-20mm之間或高定向型裂解石墨（HOPG）尺寸為1.5cm×1.5cm×0.3mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量的石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于所述的正極、負極必須平行相距50mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量的石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于所述的加1-4V電壓于石墨電極上的時間1分鐘。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量的石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于所述的步驟e施加高偏移電壓+8至+16V于石墨電極上的時間為2-4??秒，加一個負的偏移電壓-8V至-16V于石墨電極上的時間為4?-10???秒，施加高低偏移電壓重復的工作時間約10分鐘。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量的石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于所述的步驟g通過溫和的水浴進行超聲處理5分鐘。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量的石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于所述的步驟h離心轉(zhuǎn)數(shù)2500轉(zhuǎn)/分。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量的石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于所述的步驟h是經(jīng)69%硝酸處理后電阻為660Ω/sq的石墨烯。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高容量的石墨烯改性磷酸鐵鋰正極材料的制備方法，其特征在于所述的步驟i中高溫攪拌的條件為180℃；真空干燥箱的溫度是60℃，干燥時間為36小時。