一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料及锂离子电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料及其制备方法，所述正极材料为采用活化氧化石墨烯改性磷酸铁锂得到的材料，其中活化氧化石墨烯与磷酸铁锂的质量比为1:0.08～1.5；本发明专利技术的材料，采用活化氧化石墨烯为包覆源，其表面具有的丰富空洞，能为Li

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

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料及锂离子电池的制备方法
本专利技术涉及一种工艺流程方法，具体涉及一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料及锂离子电池的制备方法。
技术介绍
近年来，石墨烯在锂离子电池上的应用潜力逐年增大。石墨烯本身具有的优异的导电性和结构柔韧性，与磷酸铁锂复合后和大大提高材料的循环稳定性和倍率性能。在磷酸铁锂/石墨烯复合材料中，与传统的碳层包覆相比，石墨烯为高度石墨化碳，更有利于增强电子电导率，并且石墨烯在结构中会形成三维导电网络，更有利于增加磷酸铁锂颗粒间的电子电导率。如中国专利(CN101752561A)公开了一种石墨烯改性磷酸铁锂正极活性材料及其制备方法和基于该正极活性材料的锂离子二次电池，该方法是将石墨烯或氧化石墨烯与磷酸铁锂分散于水溶液中，通过搅拌和超声使其均匀混合，随后干燥得到石墨烯或氧化石墨烯复合的磷酸铁锂材料，利用高温烧结最终获得只有简单的石墨烯改性处理的磷酸铁锂正极活性材料。但石墨烯的片状结构会阻碍Li+的传输，尤其在高倍率充放电时，会引起严重的极化，导致其倍率性能降低，电池温度升高，引发安全问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是传统的石墨烯或氧化石墨烯作为包覆源，其片状结构会阻碍Li+的传输，并且不能均匀、致密的包覆于磷酸铁锂颗粒表面，目的在于提供一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料，采用活化后的氧化石墨烯的为碳包覆源，活化后的氧化石墨烯的表面丰富的孔洞，这样Li+可以通过这些孔活动扩散，极大的缩短了扩散距离，并且能均匀、致密的包覆于磷酸铁锂颗粒表面。本专利技术通过下述技术方案实现：一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料，其特征在于，所述正极材料为采用活化氧化石墨烯改性磷酸铁锂得到的材料，其中活化氧化石墨烯与磷酸铁锂的质量比为0.8～1.5:100；本专利技术的材料，采用活化氧化石墨烯为包覆源，其表面具有的丰富孔洞，能为Li+的扩散提供大量的通道，极大的缩短了扩散距离，使得Li+和电子可以及时到达化学反应点位，降低了大倍率充放电的极化，提高了材料的大倍率充放电性能和循环稳定性能；同时氧化石墨烯具有良好亲水性，并且能均匀、致密的包覆于磷酸铁锂颗粒表面，在颗粒之间形成三维导电网络，增加了颗粒间的电子电导率。一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将活化氧化石墨烯与磷酸铁锂溶于去离子水中，其中活化氧化石墨烯与磷酸铁锂质量比为0.8～1.5:100；搅拌分散后，对物料进行干燥，随后将干燥后物料置于氮气气氛中，于650℃～750℃温度下，保温6～10小时，其中，升温速率为2～3℃/min,得到磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料。将活化氧化石墨烯先溶于去离子水中，加入分散剂搅拌分散后，再加入磷酸铁锂，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠，将活化氧化石墨烯先充分分散于溶液中，在加入磷酸铁锂，能够进一步使活化氧化石墨烯均匀的包覆在磷酸铁锂颗粒表面，避免发生团聚。活化氧化石墨烯的制备步骤如下：将氧化石墨烯放入去离子水中搅拌分散，加入氢氧化钾，氧化石墨烯和氢氧化钾质量比为1:4～7，搅拌分散后，于120～150℃真空干燥，将干燥后所得物于氮气保护气氛下800℃保温1～2小时；将氧化石墨烯经过一定比例的氢氧化钾处理后，使氧化石墨烯表面充分的活化，产生大量孔洞。磷酸铁锂来源于纳米磷酸铁锂前驱体浆料，纳米磷酸铁锂前驱体浆料的制备步骤如下：将纳米磷酸铁锂前驱体、有机碳源、聚乙二醇按质量比1:0.05～0.02:0.02～0.01溶于去离子水中；初磨1～2小时后精磨4～5小时；在浆料中加入有机碳源，采用有机碳源、氧化石墨烯碳源共包覆体系，利用有机碳源得到的无定型碳与氧化石墨烯共存，可在一定程度上破坏氧化石墨烯的堆叠现象，从而使材料结构没有利用纯氧化石墨烯包覆的规整，可降低氧化石墨烯片层中电子迁移的各向异性。所述纳米磷酸铁锂前驱体的制备方法如下：按铁源、锂源、磷源摩尔比为0.98～1.00:1.03～1.05:1溶于去离子水中，加入聚乙二醇，经搅拌球磨4～6小时后，干燥后在550℃～700℃、氮气氢气混合气保护气氛下焙烧8～10小时，所述铁源采用草酸亚铁，锂源采用碳酸锂，磷源采用磷酸。所述干燥为喷雾干燥，采用喷雾干燥法对物料进行干燥，形成的产物为由纳米级一次颗粒紧密堆积的球状二次颗粒，颗粒表面和内部均匀穿插包覆了石墨烯三维网络。这种特殊的纳米结构有利于点在在二次离子中的迁移，而磷酸铁锂纳米颗粒和石墨烯片层之间存在空穴，有助于Li+的扩散。球形二次颗粒可有效提高材料的振实密度，从而提高其能量密度。一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，将磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料和导电碳黑、聚偏氟乙烯按质量比95～97:2～0:3称取，干法混匀；将混匀物料加入到N-甲基吡咯烷酮中搅拌形成涂覆料，其中涂覆料中物料占45～55wt％；将涂覆料均匀涂敷于Al箔上，烘烤、辊压、裁片后组装为扣式电池，所述磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料为如权利要求2～9任一所述方法制得的材料或者如权利要求1所述的材料；采用磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料，其中氧化石墨烯为碳源，大大提高了磷酸铁锂/石墨烯复合材料的电导率，减少在电池制备过程中导电剂的加入量，即导电碳黑，从而提高活性物质的占比，从而提高单体电池的容量。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料，采用活化氧化石墨烯为包覆源，其表面具有的丰富孔洞，能为Li+的扩散提供大量的通道，极大的缩短了扩散距离，使得Li+和电子可以及时到达化学反应点位，降低了大倍率充放电的极化，提高了材料的大倍率充放电性能和循环稳定性能；同时氧化石墨烯具有良好亲水性，并且能均匀、致密的包覆于磷酸铁锂颗粒表面，在颗粒之间形成三维导电网络，增加了颗粒间的电子电导率；2、本专利技术一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料，在浆料中加入有机碳源，采用有机碳源、氧化石墨烯碳源共包覆体系，利用有机碳源得到的无定型碳与氧化石墨烯共存，可在一定程度上破坏氧化石墨烯的堆叠现象，从而使材料结构没有利用纯氧化石墨烯包覆的规整，可降低氧化石墨烯片层中电子迁移的各向异性；3、本专利技术一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，采用喷雾干燥法对物料进行干燥，形成的产物为由纳米级一次颗粒紧密堆积的球状二次颗粒，颗粒表面和内部均匀穿插包覆了石墨烯三维网络。这种特殊的纳米结构有利于点在在二次离子中的迁移，而磷酸铁锂纳米颗粒和石墨烯片层之间存在空穴，有助于Li+的扩散，球形二次颗粒可有效提高材料的振实密度，从而提高其能量密度；4、本专利技术一种锂离子电池，采用磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料，其中氧化石墨烯为碳源，大大提高了磷酸铁锂/石墨烯复合材料的电导率，减少在电池制备过程中导电剂的加入量，即导电碳黑，从而提高活性物质的占比，从而提高单体电池的容量。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术的X射线衍射图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。本专利技术通过使用活化氧化石墨烯改性磷酸铁锂材料，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料，其特征在于，所述正极材料为采用活化氧化石墨烯改性磷酸铁锂得到的材料，其中活化氧化石墨烯与磷酸铁锂的质量比为0.8～1.5:100。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料，其特征在于，所述正极材料为采用活化氧化石墨烯改性磷酸铁锂得到的材料，其中活化氧化石墨烯与磷酸铁锂的质量比为0.8～1.5:100。2.一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将活化氧化石墨烯与磷酸铁锂溶于去离子水中，其中活化氧化石墨烯与磷酸铁锂质量比为0.8～1.5:100；搅拌分散后，对物料进行干燥，随后将干燥后物料置于氮气气氛中，于650℃～750℃温度下，保温6～10小时，得到磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料。3.根据权利要求2所述的一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，其特征在于，将活化氧化石墨烯先溶于去离子水中，加入分散剂搅拌分散后，再加入磷酸铁锂。4.根据权利要求3所述的一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。5.根据权利要求2～4中任一所述的一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，其特征在于，活化氧化石墨烯的制备步骤如下：将氧化石墨烯放入去离子水中搅拌分散，加入氢氧化钾，氧化石墨烯和氢氧化钾质量比为1:4～7，搅拌分散后，于120～150℃真空干燥，将干燥后所得物于氮气保护气氛下800℃保温1～2小时。6.根据权利要求2～4中任一所述的一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，其特征在于，磷酸铁锂来...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小丽，岳波，向中林，王俊安，黄明，李延俊，张航，
申请(专利权)人：四川科能锂电有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51