[發明專利]一種磷酸鐵鋰/石墨烯復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201911418697.3
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111129471A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 朱衛民;李洪剛;王秀利;陳卓新
• 申請（專利權）人: 臥龍電氣驅動集團股份有限公司;臥龍電氣集團浙江燈塔電源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 王曉燕

本發明公開了一種磷酸鐵鋰/石墨烯復合材料的制備方法，（1）將高沸點醇（乙二醇或丙三醇）、乙醇、磷酸鐵、碳酸鋰及石墨烯均勻混合；（2）過濾得到固體混合物；（3）于惰性氣氛下，對固態混合物進行熱處理，冷卻至室溫，得到磷酸鐵鋰/石墨烯復合材料。本發明利用高沸點醇（乙二醇或丙三醇）具有表面活性劑的助分散功能，獲得磷酸鐵、碳酸鋰和石墨烯的均勻混合，同時吸附在固態混合物中的高沸點醇（乙二醇或丙三醇）還能在熱處理過程中聚合脫水碳化，并充當還原劑還原三價鐵得到磷酸鐵鋰。均勻分布在磷酸鐵鋰中的石墨烯能極大地提升材料電子電導率，從而有效改善磷酸鐵鋰材料的充放電性能。

技術領域：

本發明設計一種磷酸鐵鋰/石墨烯的制備方法，制得的磷酸鐵鋰/石墨烯材料，可用作鋰離子電池正極材料，屬新能源材料技術領域。

背景技術

磷酸鐵鋰是一種廣泛用于電動汽車的鋰離子電池正極材料，具有高的安全性高、循環壽命長、耐過沖電和過放電能力強、環保以及價格低廉等優點。然而，磷酸鐵鋰自身結構上的不足，電子電導率較低，為10-9~10-10 S/cm，極大地限制了其在鋰離子電池中的應用。應用上，解決此問題的途徑主要有：減少磷酸鐵鋰顆粒粒徑、表面修飾化學惰性的導電物質（如金屬或碳基材料），及進行晶格體相摻雜。

碳材料具有電子傳導能力強的優勢，也是工業上用于提升磷酸鐵鋰電子傳導性能的主要材料。為達到碳包覆提升磷酸鐵鋰材料電子傳導性能的目的，研究和產業化過程中普遍材料將有機物質，如蔗糖，混入磷酸鐵鋰原料之中，伴隨磷酸鐵鋰的制備過程轉變為碳，并包覆磷酸鐵鋰，形成磷酸鐵鋰復合材料。然而，這種方式得到的碳基本都是無定型碳，在電子傳導性能提升上能力有限，難以使磷酸鐵鋰在電子傳導性能上獲得根本改變，這極大地影響磷酸鐵鋰的電化學性能。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述技術中的不足，在制備過程中引入石墨烯，實現磷酸鐵鋰與石墨烯均勻混合的復合材料，提供一種磷酸鐵鋰/石墨烯復合材料制備的新方法。本發明制備工藝簡單方便，得到的磷酸鐵鋰/石墨烯復合材料，具有優異的充放電性能。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋰離子電池Si/石墨烯復合柔性電極的制備方法，包括以下步驟：

1）量取一定體積的高沸點有機醇及乙醇，并按磷酸鐵鋰分子式中的計量比稱取一定量的磷酸鐵和碳酸鋰及石墨烯，進行固相球磨；

2）將步驟1)中得到分散液進行過濾，將固體混合物與液體分離；

3）將步驟2)中得到的固態混合物置于氣氛爐中，在非氧化性氣氛保護下，進行熱處理一段時間，得到磷酸鐵鋰/石墨烯復合材料。

作為優選技術手段：步驟1）中，所述高沸點醇為乙二醇或丙三醇。

作為優選技術手段：步驟1）中，所述高沸點醇與乙醇的體積比為1:1~3。

作為優選技術手段：步驟1）中，所述碳酸鋰的加入量為理論量的105%。

作為優選技術手段：步驟1）中，所述混合醇的加入體積為原料粉末體積的5~10倍。

作為優選技術手段：步驟1）中，所述石墨烯的加入量為磷酸鐵鋰質量的2~5%。

作為優選技術手段：步驟1）中，所述球磨時間為2~5小時。

作為優選技術手段：步驟3）中，所述惰性氣氛所用氣體為氮氣或氬氣；

所述熱處理過程中的升溫速率為1~5℃/min。步驟3）中，所述熱處理溫度為500~800℃；所述熱處理時間為2 ~ 5h。

本申請首先將高沸點醇、乙醇、磷酸鐵、碳酸鋰及石墨烯進行球磨分散，利用乙二醇或丙三醇的良好親和性，均勻分散磷酸鐵、碳酸鐵及石墨烯，壓濾后得到固態混合物前驅體，續以熱處理制得磷酸鐵/石墨烯復合材料。