[發(fā)明專(zhuān)利]一種石墨烯基磷酸鐵鋰復(fù)合材料及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711064492.0
• 申請(qǐng)日: 2017-11-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107834044B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐軍紅;陳和平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 洛陽(yáng)月星新能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 41119 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 胡云飛

本發(fā)明涉及一種石墨烯基磷酸鐵鋰復(fù)合材料及應(yīng)用。該復(fù)合材料的制備方法為：將鋰化合物、磷酸鹽、鐵鹽、石墨、插層劑與水混合，制備石墨烯漿料；向石墨烯漿料中加入雙氧水、氮源混合，配制前驅(qū)體漿料；將前驅(qū)體漿料進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到水凝膠；將水凝膠浸泡于有機(jī)碳源溶液中，分離，再在還原氣氛下燒結(jié)，即得。該復(fù)合材料中，氮源起到摻雜改性的作用，可以與石墨烯形成C?N鍵而改進(jìn)復(fù)合材料的導(dǎo)電性；通過(guò)水凝膠的吸水作用，可使復(fù)合材料內(nèi)部和表面吸附有機(jī)碳源，經(jīng)燒結(jié)后形成多孔炭，具有提高導(dǎo)電率和吸液保液能力的作用，以上物質(zhì)的綜合作用使該復(fù)合材料具有導(dǎo)電率好、振實(shí)密度高的特點(diǎn)，顯著改善了磷酸鐵鋰復(fù)合材料的倍率性能和克容量發(fā)揮。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池電極材料領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯基磷酸鐵鋰復(fù)合材料及應(yīng)用。

背景技術(shù)

磷酸鐵鋰材料以其安全性能高、環(huán)境友好、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而成為鋰離子電池的主要商品化材料，但是該材料本身存在克容量偏低、倍率性能和導(dǎo)電性差等缺點(diǎn)，限制了其在高比能量密度、快充鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用。對(duì)磷酸鐵鋰材料進(jìn)行包覆和改性從而提高材料的克容量發(fā)揮和電子傳導(dǎo)速率，成為改進(jìn)磷酸鐵鋰材料的方向之一。

申請(qǐng)公布號(hào)為CN106602006A的專(zhuān)利公開(kāi)了一種石墨烯磷酸鐵鋰復(fù)合材料，該復(fù)合材料以磷酸鐵鋰前驅(qū)體和石墨烯為原料，經(jīng)超聲分散、干燥、還原燒結(jié)，制備磷酸鐵鋰和包覆在磷酸鐵鋰表面的石墨烯。該石墨烯磷酸鐵鋰復(fù)合材料的石墨烯層和磷酸鐵鋰通過(guò)吸附作用結(jié)合在一起，仍存在導(dǎo)電率差、振實(shí)密度偏低等缺陷，造成材料的倍率性能、克容量發(fā)揮有待進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯基磷酸鐵鋰復(fù)合材料，從而解決現(xiàn)有磷酸鐵鋰復(fù)合材料存在倍率性能差、克容量偏低的問(wèn)題。

本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供上述石墨烯基磷酸鐵鋰復(fù)合材料作為鋰離子電池正極材料的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種石墨烯基磷酸鐵鋰復(fù)合材料，由包括以下步驟的方法制備而成：

1)將鋰化合物、磷酸鹽、鐵鹽、石墨、插層劑與水混合，制備石墨烯漿料；

2)向石墨烯漿料中加入雙氧水、氮源混合，配制前驅(qū)體漿料；

3)將前驅(qū)體漿料進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到水凝膠；

4)將水凝膠浸泡于有機(jī)碳源溶液中，固液分離，再將固相在還原氣氛下燒結(jié)，即得。

本發(fā)明提供的石墨烯基磷酸鐵鋰復(fù)合材料，向石墨烯漿料中加入雙氧水、氮源進(jìn)行水熱反應(yīng)，雙氧水具有弱氧化作用，可以為石墨烯材料表面引入羥基、羧基等可反應(yīng)基團(tuán)，經(jīng)水熱反應(yīng)后，石墨烯材料的可反應(yīng)基團(tuán)與磷酸鹽中的陽(yáng)離子形成具有化學(xué)鍵連的復(fù)合體水凝膠，干燥后形成具有納米孔洞的高密度石墨烯磷酸鐵鋰前驅(qū)體，再經(jīng)在還原氣氛下的燒結(jié)，制備石墨烯基磷酸鐵鋰復(fù)合材料。

該復(fù)合材料中，氮源起到摻雜改性的作用，可以與石墨烯形成C-N鍵而改進(jìn)復(fù)合材料的導(dǎo)電性；通過(guò)水凝膠的吸附作用，可使復(fù)合材料內(nèi)部和表面吸附有機(jī)碳源，經(jīng)燒結(jié)后形成多孔炭，具有提高導(dǎo)電率和吸液保液能力的作用，以上物質(zhì)的綜合作用使該復(fù)合材料具有導(dǎo)電率好、振實(shí)密度高的特點(diǎn)，顯著改善了磷酸鐵鋰復(fù)合材料的倍率性能和克容量發(fā)揮。

步驟1)中，鋰化合物、磷酸鹽、鐵鹽、插層劑、石墨的摩爾比為(1～1.5)：1：1：(0.1～3)：(1～10)。該步驟中，為便于混合均勻，可將鋰化合物、鐵鹽、磷酸鹽溶于水配制混合液A；將石墨、插層劑與水混合配制混合液B，再將混合液A、混合液B混合，超聲分散，制備石墨烯漿料。