一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料及鋰離子電池的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料及其制備方法，所述正極材料為采用活化氧化石墨烯改性磷酸鐵鋰得到的材料，其中活化氧化石墨烯與磷酸鐵鋰的質(zhì)量比為1:0.08～1.5；本發(fā)明專利技術(shù)的材料，采用活化氧化石墨烯為包覆源，其表面具有的豐富空洞，能為L(zhǎng)i

Lithium iron phosphate / graphene composite positive electrode material and preparation method of lithium ion battery

The invention discloses a lithium iron phosphate / graphene composite cathode material and preparation method thereof, wherein the cathode material for the lithium iron phosphate activated graphene oxide materials, the quality of the activation of graphene oxide and lithium iron phosphate is 1:0.08 ~ 1.5; the material of the invention adopts active oxidation graphene coated source, its surface has the rich hole for Li

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料及鋰離子電池的制備方法
本專利技術(shù)涉及一種工藝流程方法，具體涉及一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料及鋰離子電池的制備方法。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，石墨烯在鋰離子電池上的應(yīng)用潛力逐年增大。石墨烯本身具有的優(yōu)異的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)柔韌性，與磷酸鐵鋰復(fù)合后和大大提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。在磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合材料中，與傳統(tǒng)的碳層包覆相比，石墨烯為高度石墨化碳，更有利于增強(qiáng)電子電導(dǎo)率，并且石墨烯在結(jié)構(gòu)中會(huì)形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，更有利于增加磷酸鐵鋰顆粒間的電子電導(dǎo)率。如中國(guó)專利(CN101752561A)公開(kāi)了一種石墨烯改性磷酸鐵鋰正極活性材料及其制備方法和基于該正極活性材料的鋰離子二次電池，該方法是將石墨烯或氧化石墨烯與磷酸鐵鋰分散于水溶液中，通過(guò)攪拌和超聲使其均勻混合，隨后干燥得到石墨烯或氧化石墨烯復(fù)合的磷酸鐵鋰材料，利用高溫?zé)Y(jié)最終獲得只有簡(jiǎn)單的石墨烯改性處理的磷酸鐵鋰正極活性材料。但石墨烯的片狀結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙Li+的傳輸，尤其在高倍率充放電時(shí)，會(huì)引起嚴(yán)重的極化，導(dǎo)致其倍率性能降低，電池溫度升高，引發(fā)安全問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是傳統(tǒng)的石墨烯或氧化石墨烯作為包覆源，其片狀結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙Li+的傳輸，并且不能均勻、致密的包覆于磷酸鐵鋰顆粒表面，目的在于提供一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料，采用活化后的氧化石墨烯的為碳包覆源，活化后的氧化石墨烯的表面豐富的孔洞，這樣Li+可以通過(guò)這些孔活動(dòng)擴(kuò)散，極大的縮短了擴(kuò)散距離，并且能均勻、致密的包覆于磷酸鐵鋰顆粒表面。本專利技術(shù)通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料，其特征在于，所述正極材料為采用活化氧化石墨烯改性磷酸鐵鋰得到的材料，其中活化氧化石墨烯與磷酸鐵鋰的質(zhì)量比為0.8～1.5:100；本專利技術(shù)的材料，采用活化氧化石墨烯為包覆源，其表面具有的豐富孔洞，能為L(zhǎng)i+的擴(kuò)散提供大量的通道，極大的縮短了擴(kuò)散距離，使得Li+和電子可以及時(shí)到達(dá)化學(xué)反應(yīng)點(diǎn)位，降低了大倍率充放電的極化，提高了材料的大倍率充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性能；同時(shí)氧化石墨烯具有良好親水性，并且能均勻、致密的包覆于磷酸鐵鋰顆粒表面，在顆粒之間形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增加了顆粒間的電子電導(dǎo)率。一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將活化氧化石墨烯與磷酸鐵鋰溶于去離子水中，其中活化氧化石墨烯與磷酸鐵鋰質(zhì)量比為0.8～1.5:100；攪拌分散后，對(duì)物料進(jìn)行干燥，隨后將干燥后物料置于氮?dú)鈿夥罩?，?50℃～750℃溫度下，保溫6～10小時(shí)，其中，升溫速率為2～3℃/min,得到磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料。將活化氧化石墨烯先溶于去離子水中，加入分散劑攪拌分散后，再加入磷酸鐵鋰，所述分散劑為十二烷基苯磺酸鈉，將活化氧化石墨烯先充分分散于溶液中，在加入磷酸鐵鋰，能夠進(jìn)一步使活化氧化石墨烯均勻的包覆在磷酸鐵鋰顆粒表面，避免發(fā)生團(tuán)聚?；罨趸┑闹苽洳襟E如下：將氧化石墨烯放入去離子水中攪拌分散，加入氫氧化鉀，氧化石墨烯和氫氧化鉀質(zhì)量比為1:4～7，攪拌分散后，于120～150℃真空干燥，將干燥后所得物于氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下800℃保溫1～2小時(shí)；將氧化石墨烯經(jīng)過(guò)一定比例的氫氧化鉀處理后，使氧化石墨烯表面充分的活化，產(chǎn)生大量孔洞。磷酸鐵鋰來(lái)源于納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體漿料，納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體漿料的制備步驟如下：將納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體、有機(jī)碳源、聚乙二醇按質(zhì)量比1:0.05～0.02:0.02～0.01溶于去離子水中；初磨1～2小時(shí)后精磨4～5小時(shí)；在漿料中加入有機(jī)碳源，采用有機(jī)碳源、氧化石墨烯碳源共包覆體系，利用有機(jī)碳源得到的無(wú)定型碳與氧化石墨烯共存，可在一定程度上破壞氧化石墨烯的堆疊現(xiàn)象，從而使材料結(jié)構(gòu)沒(méi)有利用純氧化石墨烯包覆的規(guī)整，可降低氧化石墨烯片層中電子遷移的各向異性。所述納米磷酸鐵鋰前驅(qū)體的制備方法如下：按鐵源、鋰源、磷源摩爾比為0.98～1.00:1.03～1.05:1溶于去離子水中，加入聚乙二醇，經(jīng)攪拌球磨4～6小時(shí)后，干燥后在550℃～700℃、氮?dú)鈿錃饣旌蠚獗Ｗo(hù)氣氛下焙燒8～10小時(shí)，所述鐵源采用草酸亞鐵，鋰源采用碳酸鋰，磷源采用磷酸。所述干燥為噴霧干燥，采用噴霧干燥法對(duì)物料進(jìn)行干燥，形成的產(chǎn)物為由納米級(jí)一次顆粒緊密堆積的球狀二次顆粒，顆粒表面和內(nèi)部均勻穿插包覆了石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)。這種特殊的納米結(jié)構(gòu)有利于點(diǎn)在在二次離子中的遷移，而磷酸鐵鋰納米顆粒和石墨烯片層之間存在空穴，有助于Li+的擴(kuò)散。球形二次顆?？捎行岣卟牧系恼駥?shí)密度，從而提高其能量密度。一種鋰離子電池的制備方法，其特征在于，將磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料和導(dǎo)電碳黑、聚偏氟乙烯按質(zhì)量比95～97:2～0:3稱取，干法混勻；將混勻物料加入到N-甲基吡咯烷酮中攪拌形成涂覆料，其中涂覆料中物料占45～55wt％；將涂覆料均勻涂敷于Al箔上，烘烤、輥壓、裁片后組裝為扣式電池，所述磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料為如權(quán)利要求2～9任一所述方法制得的材料或者如權(quán)利要求1所述的材料；采用磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料，其中氧化石墨烯為碳源，大大提高了磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合材料的電導(dǎo)率，減少在電池制備過(guò)程中導(dǎo)電劑的加入量，即導(dǎo)電碳黑，從而提高活性物質(zhì)的占比，從而提高單體電池的容量。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：1、本專利技術(shù)一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料，采用活化氧化石墨烯為包覆源，其表面具有的豐富孔洞，能為L(zhǎng)i+的擴(kuò)散提供大量的通道，極大的縮短了擴(kuò)散距離，使得Li+和電子可以及時(shí)到達(dá)化學(xué)反應(yīng)點(diǎn)位，降低了大倍率充放電的極化，提高了材料的大倍率充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性能；同時(shí)氧化石墨烯具有良好親水性，并且能均勻、致密的包覆于磷酸鐵鋰顆粒表面，在顆粒之間形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增加了顆粒間的電子電導(dǎo)率；2、本專利技術(shù)一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料，在漿料中加入有機(jī)碳源，采用有機(jī)碳源、氧化石墨烯碳源共包覆體系，利用有機(jī)碳源得到的無(wú)定型碳與氧化石墨烯共存，可在一定程度上破壞氧化石墨烯的堆疊現(xiàn)象，從而使材料結(jié)構(gòu)沒(méi)有利用純氧化石墨烯包覆的規(guī)整，可降低氧化石墨烯片層中電子遷移的各向異性；3、本專利技術(shù)一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料的制備方法，采用噴霧干燥法對(duì)物料進(jìn)行干燥，形成的產(chǎn)物為由納米級(jí)一次顆粒緊密堆積的球狀二次顆粒，顆粒表面和內(nèi)部均勻穿插包覆了石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)。這種特殊的納米結(jié)構(gòu)有利于點(diǎn)在在二次離子中的遷移，而磷酸鐵鋰納米顆粒和石墨烯片層之間存在空穴，有助于Li+的擴(kuò)散，球形二次顆?？捎行岣卟牧系恼駥?shí)密度，從而提高其能量密度；4、本專利技術(shù)一種鋰離子電池，采用磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料，其中氧化石墨烯為碳源，大大提高了磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合材料的電導(dǎo)率，減少在電池制備過(guò)程中導(dǎo)電劑的加入量，即導(dǎo)電碳黑，從而提高活性物質(zhì)的占比，從而提高單體電池的容量。附圖說(shuō)明此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施例的限定。在附圖中：圖1為本專利技術(shù)的X射線衍射圖。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本專利技術(shù)的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本專利技術(shù)，并不作為對(duì)本專利技術(shù)的限定。本專利技術(shù)通過(guò)使用活化氧化石墨烯改性磷酸鐵鋰材料，得本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料，其特征在于，所述正極材料為采用活化氧化石墨烯改性磷酸鐵鋰得到的材料，其中活化氧化石墨烯與磷酸鐵鋰的質(zhì)量比為0.8～1.5:100。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料，其特征在于，所述正極材料為采用活化氧化石墨烯改性磷酸鐵鋰得到的材料，其中活化氧化石墨烯與磷酸鐵鋰的質(zhì)量比為0.8～1.5:100。2.一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將活化氧化石墨烯與磷酸鐵鋰溶于去離子水中，其中活化氧化石墨烯與磷酸鐵鋰質(zhì)量比為0.8～1.5:100；攪拌分散后，對(duì)物料進(jìn)行干燥，隨后將干燥后物料置于氮?dú)鈿夥罩?，?50℃～750℃溫度下，保溫6～10小時(shí)，得到磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，將活化氧化石墨烯先溶于去離子水中，加入分散劑攪拌分散后，再加入磷酸鐵鋰。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，所述分散劑為十二烷基苯磺酸鈉。5.根據(jù)權(quán)利要求2～4中任一所述的一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，活化氧化石墨烯的制備步驟如下：將氧化石墨烯放入去離子水中攪拌分散，加入氫氧化鉀，氧化石墨烯和氫氧化鉀質(zhì)量比為1:4～7，攪拌分散后，于120～150℃真空干燥，將干燥后所得物于氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下800℃保溫1～2小時(shí)。6.根據(jù)權(quán)利要求2～4中任一所述的一種磷酸鐵鋰/石墨烯復(fù)合正極材料的制備方法，其特征在于，磷酸鐵鋰來(lái)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃小麗，岳波，向中林，王俊安，黃明，李延俊，張航，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：四川科能鋰電有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川,51