[發(fā)明專(zhuān)利]一種磷酸鐵及氮摻雜改性石墨烯磷酸鐵鋰的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610379905.3
• 申請(qǐng)日: 2016-06-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106044736B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳壘;李延勛;郭呈嘉;劉玉霞;張浩;倪孟杰;葉英杰;呂和坤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河南工程學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): C01B25/37
• 分類(lèi)號(hào): C01B25/37;C01B25/45;C01B32/184;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司41125
• 代理人: 張紹琳,孫詩(shī)雨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池電極材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，是涉及一種磷酸鐵及氮摻雜改性石墨烯磷酸鐵鋰的制備方法。

背景技術(shù)

目前，全球鈷儲(chǔ)量有限，價(jià)格昂貴，作為正極材料電池的成本太高；另外充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生的二氧化鈷對(duì)電解質(zhì)的催化活性很強(qiáng)，且放出大量的熱導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患。然而石墨烯作為一種新型碳材料，自從被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，由于其二維單分子層結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的物理性質(zhì)，如高的理論比表面積、優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、良好的柔韌性和高的導(dǎo)電率等，被廣泛的應(yīng)用于鋰離子電池。

磷酸鐵鋰/碳正極材料具有良好的電化學(xué)性能和安全性能，符合鋰離子動(dòng)力電池向高能量更密度、成本更低方向發(fā)展的要求，將磷酸鐵鋰材料與氮摻雜石墨烯復(fù)合材料進(jìn)行復(fù)合能夠有效降低鋰材料在膨脹和收縮過(guò)程中對(duì)電極材料的破壞，從而提高器件的循環(huán)性能。現(xiàn)在開(kāi)發(fā)的磷酸鐵鋰復(fù)合材料，大多導(dǎo)電性能不高，不能保證電池或電容有較高的充放電倍率。

為了改善其導(dǎo)電性能，一些科研人員做了大量將磷酸鐵鋰與石墨烯進(jìn)行復(fù)合的嘗試，以改善電池工作性能。如專(zhuān)利CN201410318905.3、CN201410137031.1、CN201110009647.7等提供的碳包覆磷酸鐵鋰的制備方法，通過(guò)摻雜石墨烯與磷酸鐵鋰混合后反應(yīng)制得復(fù)合材料，改善了磷酸鐵鋰材料的高倍率性能和高溫性能。但是，該制備方法得到的復(fù)合材料比表面積大、導(dǎo)電性差和電化學(xué)活性低，具有磷酸鐵鋰的包覆層緊密度較差、材料之間的接觸電阻較高和包覆不均勻等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對(duì)以上合成方法的不足，提供一種磷酸鐵及氮摻雜改性石墨烯磷酸鐵鋰的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種磷酸鐵及氮摻雜改性石墨烯磷酸鐵鋰的制備方法，其步驟為：

(1)將鐵源配成濃度為5-10 mol/L的溶液，加入濃硫酸，之后加入雙氧水進(jìn)行氧化，得到溶液M，鐵源、濃硫酸、雙氧水的物質(zhì)的量比為100:15-25:2-5；將濃度為5-10 mol/L的磷酸鹽溶液滴加到溶液M中，磷酸根與鐵離子的物質(zhì)的量之比為磷酸根：鐵離子=1:1，得到黃色堿式磷酸鐵后用水洗滌、調(diào)漿、攪拌，之后加入磷酸得到沉淀物磷酸鐵，將沉淀物磷酸鐵進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、干燥、磨碎，得到磷酸鐵；

(2)將步驟（1）得到的磷酸鐵與碳源、鋰源、氧化石墨烯球磨使其混合均勻，得到混合液A；所述磷酸鐵、鋰源、碳源、氧化石墨烯的物質(zhì)的量之比為磷酸鐵：鋰源：碳源：氧化石墨烯=0.95-1.05:1:0.1-0.5:0.01-0.05；

(3)取吡咯單體分散在去離子水中攪拌使其分散均勻，得到吡咯分散液，吡咯單體分散液濃度為1-5mol/L，將混合液A加入到吡咯分散液中，充分?jǐn)嚢韬蟮玫交旌弦築；所述吡咯單體分散液與混合液A的質(zhì)量比是10-20:100；

(4)將氧化劑溶解在去離子水中，氧化劑溶液濃度為1-5mol/L，充分?jǐn)嚢韬蟮渭拥交旌弦築中，氧化劑溶液與混合液B的質(zhì)量比是10-20:100，原位氧化聚合生成聚吡咯包覆石墨烯磷酸鐵鋰復(fù)合材料，噴霧干燥造粒后，在惰性氣體下650-800℃的溫度下煅燒8-24小時(shí)，得到氮摻雜改性石墨烯磷酸鐵鋰復(fù)合材料。

所述步驟（1）中的磷酸鹽為磷酸銨、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨中的一種或幾種。

所述步驟（1）中的鐵源為硫酸亞鐵、硝酸鐵、丙烯酸鐵、草酸鐵中的一種或幾種。

所述步驟（2）中鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、硝酸鋰、磷酸二氫鋰、磷酸氫二鋰、草酸鋰中的一種或幾種。

所述步驟（2）中的碳源為檸檬酸、丙烯酸鐵中丙烯的聚合物、蔗糖、乳糖、果糖、葡萄糖中的一種或幾種。

所述步驟（4）中的惰性氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣中的一種或幾種。

所述步驟（4）中得到的氮摻雜改性石墨烯磷酸鐵鋰復(fù)合材料在氣流粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎，粉碎后所得復(fù)合材料粒徑為2um-3um。

本發(fā)明的有益效果是：更加細(xì)膩的氮摻雜石墨烯改性磷酸鐵鋰應(yīng)用在電池集流體上，它能提供極佳的靜態(tài)導(dǎo)電性能，收集活性物質(zhì)的微電流，從而可以大幅度降低正極材料的接觸電阻，并能提高磷酸鐵鋰的附著能力，減少粘結(jié)劑的使用量，進(jìn)而使電池的各方面性能顯著提升。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1制得的氮摻雜改性石墨烯磷酸鐵鋰正極材料的SEM圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本實(shí)施例的氮摻雜改性石墨烯磷酸鐵鋰正極材料的制備方法如下：