[發明專利]一種石墨烯負載碳包覆磷酸釩鋰復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910825093.4
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110518215A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 王琦;何冬青;張偉君;劉洪成;闞侃;王玨;于倩
• 申請（專利權）人: 黑龍江省科學院高技術研究院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 23210 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 王艷萍<國際申請>=<國際公布>=<進入

一種石墨烯負載碳包覆磷酸釩鋰復合材料的制備方法，本發明涉及磷酸釩鋰復合材料的制備方法，本發明是要解決現有的Li₃V₂(PO₄)₃材料的容量利用率低、倍率性能差的技術問題。本方法：一、以膨脹石墨為原料，采用改性的Hummers法制備氧化石墨烯；二、采用溶膠凝膠法制備的碳包覆磷酸釩鋰前驅體；三、采用微波消解法制備石墨烯/碳包覆磷酸釩鋰前驅體；四、在氮氣保護下預燒、焙燒，得到石墨烯負載碳包覆磷酸釩鋰材料。該材料在3.0～4.3V電壓范圍、0.5C倍率條件下，其首次放電比容量為130mAh·g^?1，0.5C倍率條件下循環100周時，比容量保持率為99.5％，可用作鋰離子正極材料。

技術領域

本發明涉及磷酸釩鋰復合材料的制備方法，它屬于超級電容器鋰離子電池正極材料領域。

背景技術

鋰離子電池因具有高能量密度、高工作電壓及綠色環保等優點，被普遍認為是最有應用前景的二次電池。鋰離子電池包括電解液、正極和負極兩個電極，中間被隔膜隔開。鋰離子電池的性能受多方面的影響，其中作為鋰離子電池心臟的正負極活性材料是制約鋰離子電池整體性能的根本。由于目前開發的正極材料的比容量都要低于負極材料的比容量，因此正極材料的研發是鋰離子電池比容量提升的關鍵。

鋰離子正極材料要求有高的氧化還原電位、高的理論容量、結構穩定、電子電導率高、熱穩定性好等特點。目前被廣泛應用的正極材料是Li₃V₂(PO₄)₃，該材料具有三維的鋰離子擴散通道，適合大電流充放電；在三個鋰離子可逆嵌入脫出的條件下，理論容量是所有磷酸鹽材料中最高的，同時它還具有較好的安全性能。這些使Li₃V₂(PO₄)₃材料成為一種極具潛力的鋰離子電池正極材料。但是磷酸根由于其低導電性同樣會孤立晶格中過渡金屬釩的電子使材料的導電性下降。低的電子電導率和離子擴散率使磷酸釩鋰動力學上充放電很慢，導致容量利用率很低，倍率性能差。因此所以改善電子電導率和離子擴散率是Li₃V₂(PO₄)₃研究的關鍵。

發明內容

本發明是要解決現有的Li₃V₂(PO₄)₃材料的容量利用率低、倍率性能差的技術問題，而提供一種石墨烯負載碳包覆磷酸釩鋰復合材料的制備方法。

本發明的石墨烯負載碳包覆磷酸釩鋰復合材料的制備方法，按以下步驟進行：

一、以膨脹石墨為原料，采用改性的Hummers法制備氧化石墨烯；

二、采用溶膠凝膠法制備的碳包覆磷酸釩鋰前驅體；

三、采用微波消解法制備石墨烯/碳包覆磷酸釩鋰前驅體；

四、在氮氣保護下預燒、焙燒，得到石墨烯負載碳包覆磷酸釩鋰材料。

本發明的方法制備的石墨烯負載碳包覆磷酸釩鋰復合材料中，磷酸釩鋰的晶體結構和菱方相類似，但是更緊密；石墨烯具有較高的電子傳導性，較大的比表面積以及較高的理論儲鋰容量，優異的導電和導熱性能，良好的機械強度和化學穩定性，通過微波消解法將碳包覆的磷酸釩鋰負載到石墨烯上，石墨烯不僅能夠為磷酸釩鋰晶體提供立體導電網絡，在提升表面的電子導電能力的同時提升晶體之間的導電能力，碳包覆磷酸釩鋰還能夠均勻負載到石墨烯上，抑制粉化團聚的現象產生，提高了復合材料的倍率性能。

該石墨烯負載碳包覆磷酸釩鋰復合材料在3.0～4.3V電壓范圍、0.5C倍率條件下，其首次放電比容量為130mAh·g^-1，0.5C倍率條件下循環100周時，比容量保持率為99.5％，容量利用率高，可用作鋰離子正極材料。