[發明專利]一種低電阻率的磷酸鐵鋰/碳復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610117655.6
• 申請日: 2016-03-02
• 公開（公告）號: CN105742590B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 汪偉偉;楊茂萍;劉興亮
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 汪貴艷

本發明公開了一種低電阻率的磷酸鐵鋰/碳復合材料的制備方法，其先將氧化石墨分散于去離子水中，再加入到磷酸鐵鋰前驅體漿料，超細研磨后進行噴霧干燥制備出復合前驅體，最后將其至于還原氣氛下燒結獲得低電阻率的磷酸鐵鋰/碳復合材料。本發明采用易分散于水的氧化石墨烯，噴霧干燥過程中未參與包覆的氧化石墨烯因降低表面能發生卷曲，形成球型或管型，還原氣體燒結后形成富勒烯與碳納米管，并均勻分布于磷酸鐵鋰顆粒間，形成良好的導電網絡，可以有效的降低復合材料的電阻率。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種具有低電阻率的磷酸鐵鋰/碳復合材料的制備方法。

背景技術

隨著石油化工燃料的不斷消耗、汽車尾氣的大量排放及環境的嚴重污染，可再生環保型新能源的開發與利用變得越來越迫切和重要。鋰離子電池由于其具有高比能量、高比功率以及環境友好等特點，被視為最有效的電化學儲能系統之一。

橄欖石結構的磷酸鐵鋰材料作為鋰離子動力電池的正極材料具有原料來源豐富、價格低廉、綠色環保、理論比容量高(約170 mAh/g)、長壽命、安全和熱穩定性好等優點，使之成為新能源動力汽車領域理想的電極材料。但是磷酸鐵鋰由于電子電導率和離子遷移率低而影響著其本身的電導率。為了解決磷酸鐵鋰這一致命的弱點，要對其進行表面改性，即對其表面進行導電材料的包覆來改變磷酸鐵鋰材料的導電率，目前常用于對磷酸鐵鋰材料進行包覆的材料通常為碳和金屬粒子。

2004年，隨著曼徹斯特大學教授Geim小組采用一種剝離定向熱解石墨的方法首次制得二維石墨烯晶體，并發現該石墨烯晶體能夠獨立穩定存在于常態，石墨烯便漸漸成為科學界研究的熱點材料之一。石墨烯是組成其它維碳質材料的基本單元，可以包裹形成一維的富勒烯、卷曲形成二維的碳納米管或層層堆積形成三維的石墨，這些都是性能比較優異的導電碳材料。石墨烯碳原子以sp2雜化，比無序的sp3雜化的碳材料表現出更加優異的導電性，目前已有大量的石墨烯包覆磷酸鐵鋰材料的研究，但只是將單一的石墨烯粉體與磷酸鐵鋰或磷酸鐵鋰前驅體簡單的機械混合，并沒有解決混合過程中石墨烯團聚的問題，且顆粒間形成的導電碳質材料分散缺乏均一性，從而大大影響著材料的導電性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種低電阻率的磷酸鐵鋰/碳復合材料的制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是，低電阻率的磷酸鐵鋰/碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將氧化石墨均勻分散于去離子水中，制得氧化石墨烯溶液；

（2）按Li、Fe、P的摩爾比為1～1.05:1:1～1.1稱取鋰源、鐵源和磷源，并將它們一起加入去離子水中進行球磨處理，并在球磨過程中緩慢加入碳源和離子添加劑，混合均勻得磷酸鐵鋰前驅體漿料；

（3）將步驟（1）制備的氧化石墨烯溶液加到步驟（2）中的磷酸鐵鋰前驅體漿料中進行超細研磨處理，其中氧化石墨烯與磷酸鐵鋰前驅體的質量比為0.4～4：100；再將研磨后的漿料進行噴霧干燥獲得磷酸鐵鋰/氧化石墨復合前驅體材料；

（4）將磷酸鐵鋰/氧化石墨復合前驅體材料置于由氮氣與氫氣構成的混合氣氛中，于700℃-800℃煅燒10-14h，即得低粉體電阻率的磷酸鐵鋰/碳復合材料。

優選的，所述步驟（1）中氧化石墨的純度≥99.9%。

優選的，所述步驟（1）采用超聲分散或高速攪拌分散將氧化石墨均勻分散于去離子水中。

優選的，所述步驟（1）中氧化石墨烯溶液的溶質質量分數≤50%。

優選的，所述步驟（2）中鋰源優選為碳酸鋰、氫氧化鋰、氯化鋰、醋酸鋰或硝酸鋰中的至少一種；所述鐵源與磷源均為磷酸鐵；