[發明專利]一種球形石墨烯/FePO4復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610008365.8
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105514431B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 秦顯忠;楊改;高劍;蔡飛鵬;蔣波;王波;譚春暉
• 申請（專利權）人: 山東省科學院能源研究所
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 曹麗

本發明公開了一種球形石墨烯/FePO₄復合材料及其制備方法，步驟如下：(1)配置鐵鹽和含磷化合物的水溶液；(2)將水溶液和堿性溶液并流加入反應釜中，保持pH為2?4，溫度為20?90℃，得到一次生長的石墨烯/FePO₄·2H₂O；(3)將制備的一次生長的石墨烯/FePO₄·2H₂O濃縮后分散在反應釜中，重復步驟(2)中的操作，經抽濾、洗滌和干燥后得到二次生長的球形石墨烯/FePO₄·2H₂O復合材料；(4)將制備得到的二次生長的石墨烯/FePO₄·2H₂O復合材料在惰性氣體下，焙燒得到球形石墨烯/FePO₄復合材料。本發明在磷酸鐵制備中直接引入石墨烯，制備的球形磷酸鐵/石墨烯復合材料顆粒形狀規則、粒度均勻且振實密度高。整個制備工藝操作便捷，這對于石墨烯/磷酸鐵鋰復合材料的制備具有重要的應用價值。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種球形石墨烯/FePO₄復合材料及其制備方法，用作鋰離子電池磷酸鐵鋰正極材料的前驅體。

背景技術

橄欖石結構的磷酸鐵鋰(LiFePO₄)因其原料來源廣泛、成本低廉、環境友好，理論比容量高(170mAh·g^-1)，熱穩定性和循環性能好等諸多優點，是最有前途的鋰離子電池正極材料之一。但由于其固有的晶體結構，LiFePO₄具有很低的電子電導率和Li⁺擴散系數，導致其大電流放電性能差，制約著它的廣泛應用。目前改善LiFePO₄導電性的研究主要集中在碳包覆與金屬離子摻雜兩個方面。其中碳包覆是提高LiFePO₄電性能最為有效可行的一種方式，而石墨烯是以sp²雜化連接的碳原子堆積而成具有單層二維蜂窩狀晶格結構的一種新型碳質材料，具有高速的電子遷移速率比表面積不僅可以作為碳源，還可以作為載體調節顆粒的結構和形態形貌。目前石墨烯包覆磷酸鐵鋰的文獻比較多，但是大部分都是在磷酸鐵鋰的生成過程中將石墨烯包覆在其表面，這樣無法保證石墨烯包覆的完整性，對材料性能的提高有限。 FePO₄·2H₂O因具有固定的Fe/P比例和相似的晶形結構成為制備LiFePO₄正極材料的前驅體。因此，通過控制合成FePO₄前驅體的結構、形貌和粒度可制備電化學性能優良的LiFePO₄正極材料。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種球形石墨烯/FePO₄復合材料及其制備方法，以石墨烯為底液制備的球形石墨烯/FePO₄復合材料，形狀規則、粒度均勻、振實密度高且石墨烯均勻包覆在磷酸鐵顆粒表面，作為一種復合前驅體對后續固相鋰化制備高性能 LiFePO₄起到了至關重要的作用。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種球形石墨烯/FePO₄復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)配置鐵鹽和含磷化合物的水溶液，所述鐵元素與磷元素的摩爾比為(0.9-1.2)：1，所述溶液濃度為0.2-5mol/L；

(2)將步驟(1)制得的水溶液和堿性溶液并流加入反應釜中，保持pH為2-4，所述反應體系的溫度為20-90℃，反應時間1-10h，得到一次生長的石墨烯/FePO₄·2H₂O；