[發明專利]一種石墨烯復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510783491.6
• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN105355881B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 張建剛;張重靜;王蘭芳
• 申請（專利權）人: 張建剛
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/587
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種石墨烯納米復合材料及其制備方法，屬于電池正極材料的改進的技術領域，其技術要點包括：復合材料的通式為：LiMn_1?xFe_xPO₄，其中0.15≤x≤0.45，所述復合正極材料尺寸為納米級，且在復合基材中復合有石墨烯、碳納米管，所述石墨烯的質量是所述復合基材質量的0.5％?5％，所述碳納米管的質量是所述復合基材質量的0.2％?12％。通過對配方的優化，形成連續的互穿網絡結構，有利于導電介質在兩相界面上分布，并形成完整的空間導電網絡，同時由于選用的離子液體在基體中形成導電網絡結構，克服了傳統介質體系不易形成導電網絡或本身電阻率較大的缺點，提高復合材料的導電性能。

技術領域

本發明涉及電池正極材料的改進的技術領域，涉及一種石墨烯復合材料，更具體地說一種石墨烯復合材料及其制備方法。

背景技術

單層石墨，又稱為石墨烯(Graphene)，是一種由單層碳原子以石墨鍵(sp²)緊密堆積成二維蜂窩狀的晶格結構，因此僅有一個碳原子的厚度，石墨鍵為共價鍵與金屬鍵的復合鍵，可說是絕緣體與導電體的天作之合。石墨烯是目前世界上最薄也是最堅硬的材料，導熱系數高于納米碳管與金剛石，常溫下其電子遷移率亦比奈米碳管或硅晶體高，電阻率比銅或銀更低，是目前世界上電阻率最小的材料，這些獨特的電荷機械性質使得加入石墨烯的復合材料更多功能化，不但表現出優異的力學及電學性能，還具有優良的加工性能，為復合材料提供了更廣闊的應用領域。但是結構完整的石墨烯是由不含任何不穩定鍵的苯六元環組合而成的二維晶體，化學穩定性高，其表面呈惰性狀態，與其它介質(如溶劑等)相互作用較弱，且石墨烯的片與片之間存在較強的凡得瓦力，容易產生團聚，使其難溶于水以及其它常用的有機溶劑，因而限制了石墨烯的進一步研究與應用。

電池主要是由正極、負極、電解液體系、隔膜組成，其中正極材料是限制鋰離子電池放電容量的關鍵因素，因此，找到一種很好的正極材料是研究電池的主要工作。目前研究的比較多的正極材料主要有層狀結構的LiMO₂(M＝Ni、Co、Mn等)，其中包含單獨的一種及兩種、三種金屬元素的混合，Li-Co-Ni-Mn-O的三元體系研究的比較多，很多已經投入大規模生產，但是其循環性和安全性問題還有待解決。尖晶石型的LiMn₂O₄具有三維的離子通道，離子的導電性好，也投入了生產應用，但是其結構穩定性不好，導致其循環性比較差。橄欖石結構的LiMPO₄(M＝Mn、Fe、Ni、Co等)具有安全性好、循環性好、價格低廉等特點而吸引大量研究者，最近十年對于橄欖石結構的LiMPO₄材料的研究也取得了很大的成果，但是橄欖石結構的LiMPO₄離子遷移率和電子導電率都比較低，故對其研究的重點是解決導電性問題，現在采取的主要辦法一是盡量減小材料的顆粒，如合成納米級的材料，另一個就是對材料進行改性，主要有摻雜其它導電性好的金屬元素或粉末、對材料進行包覆(如碳包覆)等。

由于橄欖石結構的具有優良的性能，具有較好的循環性和倍率性，因此對其研究具有重要的意義。關于其的制備方法已經有諸多報道，如高溫固相法、高能球磨法、溶膠凝膠法、液相法等。LiMn_xFe_1-xPO₄材料中的錳和鐵都為二價，大多數方法所用的鐵源和錳源都是用二價的，但是二價的鐵源和錳源很不穩定，極易被氧化，制備過程麻煩且不易控制各個比例。因此，本發明重點探討和研究了如何進一步提高復合材料該磷酸錳鐵鋰的導電性能。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種石墨烯納米復合材料及其制備方法，以解決復合材料，特別是磷酸錳鐵鋰電極材料的導電性能。

本發明的技術方案是這樣實現的：