一种磷酸铁锂材料表面包覆石墨烯的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种磷酸铁锂材料表面包覆石墨烯的制备方法，以磷酸铁锂粉体作为生长基底并通入碳源，采用等离子体增强化学气相沉积法在生长基底表面生长石墨烯；所述等离子体增强化学气相沉积法的参数包括：生长基底的反应温度为300～500℃；碳源的流量1～10 sccm；真空度低于40 pa；电源功率100～300 W；生长时间5～20分钟。

Preparation of graphene coated on lithium iron phosphate

The invention relates to a preparation method of graphene coated on the surface of lithium iron phosphate material, which takes lithium iron phosphate powder as growth substrate and passes into carbon source, and adopts plasma enhanced chemical vapor deposition method to grow graphene on the surface of growth substrate. The parameters of the plasma enhanced chemical vapor deposition method include: the growth of substrate; The reaction temperature is 300-500 C, the flow rate of carbon source is 1-10 sccm, the vacuum degree is less than 40 pa, the power supply is 100-300 W, and the growth time is 5-20 minutes.

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂材料表面包覆石墨烯的制备方法
本专利技术涉及一种磷酸铁锂材料表面包覆石墨烯的制备方法，具体涉及利用石墨烯对磷酸铁锂材料进行表面包覆和改性，提升材料性能，属于复合材料制备领域。
技术介绍
离子电池正极材料磷酸铁锂有较高的比容量、优异的循环性能、高温性能和安全性能，是当前动力型锂离子电池首选正极材料。磷酸铁锂的主要缺点是它的电子电导率较低(10-9S·cm-2)，这使得倍率充放电性能较差。提高磷酸铁锂材料导电性的最有效途径是对材料进行碳包覆改性。目前，磷酸铁锂材料进行碳包覆的常用方法是通过化学气相沉积技术，在磷酸铁锂表面沉积上一层无定型碳，从而提升材料的导电性。近来石墨烯这一新型碳材料，一经出现就引起来广泛的关注。与常传统碳包覆材料相比，石墨烯具有更优异的电子导电特性、大的比表面积和优异的化学稳定特性。因此近年来制备石墨烯包覆磷酸铁锂来提升磷酸铁锂材料性能的研究收到广泛关注。但前期报道的石墨烯/磷酸铁锂材料铝箔多采用氧化石墨烯作为石墨烯前驱体，通过液相共混包覆，后续热还原的方式，制备石墨烯包覆/磷酸铁锂材料。然而该方法采用还原的氧化石墨烯作为包覆材料，此类型石墨烯自身缺陷较多导致导电性较差，而且材料表面石墨烯包覆的均匀性也难以控制。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种磷酸铁锂材料表面包覆石墨烯的制备方法，以磷酸铁锂粉体作为生长基底并通入碳源，采用等离子体增强化学气相沉积法在生长基底表面生长石墨烯；所述等离子体增强化学气相沉积法的参数包括：生长基底的反应温度为300～500℃；碳源的流量1～10sccm；真空度低于40pa；电源功率100～300W；生长时间5～20分钟。本专利技术以磷酸铁锂粉体作为生长基底并通入碳源，采用等离子体增强化学气相沉积的方法，开始石墨烯的生长。我们创造性的发现在等离子体条件下，磷酸铁锂表面会生成微量Fe2P可以作为催化剂，在300-500℃低温下催化石墨烯在磷酸铁锂表面的催化生长，实现石墨烯在磷酸铁锂表面的原位生长包覆，从而制备出石墨烯包覆的磷酸铁锂正极材料。较佳地，所述碳源为甲烷、乙烯和二氟甲烷中的至少一种。较佳地，所述磷酸铁锂粉体的粒径为200nm～10μm。较佳地，所述生长基底反应温度的升温速率为1～6℃/分钟。另一方面，本专利技术还提供了一种根据上述制备方法制备的石墨烯/磷酸铁锂材料，包括磷酸铁锂粉体、以及包覆于磷酸铁锂粉体表面的石墨烯，所述石墨烯层数为2～10层。本专利技术主要是实现石墨烯对磷酸铁锂的表面包覆和改性，以增强材料的导电特性。再一方面，本专利技术还提供了一种根据上述制备方法制备的石墨烯/磷酸铁锂材料在锂离子电池中的应用。本专利技术通过利用等离体子增强化学气相沉积方法，在磷酸铁锂表面直接生长石墨烯包覆层，制备了高性能的石墨烯/磷酸铁锂复合正极材料。该制备方法首次实现了在化学气相沉积条件下，磷酸铁锂表面石墨烯的原位生长包覆。所制备复合材料中，磷酸铁锂表面包覆了层数可控的石墨烯层，可以显著降低锂电池、电容器的内阻，提升电池的高功率性能。本专利技术所采用工艺为等离子体增强化学气相沉积，在较低温度下实现石墨烯的制备生长。附图说明图1为实施例1制备的石墨烯/磷酸铁锂材料的透射电镜图片；图2为实施例1制备的石墨烯/磷酸铁锂材料的透射电镜图片；图3为实施例1制备的石墨烯/磷酸铁锂材料的透射电镜图片；图4为实施例3制备的石墨烯/磷酸铁锂材料的透射电镜图片；图5为实施例1制备的石墨烯包覆磷酸铁锂材料的半电池交流阻抗图。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术利用等离子体增强化学气相沉积的方式，在较低温度条件下，实现石墨烯在磷酸铁锂粉体表面的生长。本专利技术利用等离体子增强化学气相沉积制备石墨烯包覆磷酸铁锂材料的方法工艺简单，过程易控制，所制备石墨烯/磷酸铁锂正极材料性能优异。以下示例性地说明本专利技术提供的磷酸铁锂材料表面包覆石墨烯的制备方法。本专利技术采用等离子体增强化学气相沉积技术，在真空低温生长条件下300-500℃，以碳源(例如，甲烷等)为原料，在磷酸铁锂材料表面原位生长得到一层连续高导电石墨烯包覆层。所述磷酸铁锂粉体的粒径可为200nm～10μm。其中，所述等离子体增强化学气相沉积法的参数包括：生长基底的反应温度为300～500℃；碳源的流量1～10sccm；真空度低于40pa；电源功率100～300W；生长时间5～20分钟。所述生长基底反应温度的升温速率可为1～6℃/分钟。生长石墨烯所使用的碳源可以是甲烷，乙烯或二氟甲烷。作为一个示例，首先将磷酸铁锂粉体置于陶瓷舟并放于管式炉路中，抽真空。随后管式炉以3℃/min升温速率升温，至预定反应温度300-500℃后，通入CH4(1-10sccm)，保持真空度低于40帕斯卡，打开RF电源，电源功率调整为100-300W，石英管内产生氢等离子体。随后反应5-20min后在磷酸铁锂颗粒表面生长出一层层厚在2-10层的石墨烯材料。下面进一步例举实施例以详细说明本专利技术。同样应理解，以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据本专利技术的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本专利技术的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。下述实施例中磷酸铁锂粉体的粒径为200nm-10微米。实施例1(1)首先将磷酸铁锂粉体置于陶瓷舟并放于管式炉路中，抽真空。随后管式炉以3℃/min升温速率升温，至预定反应温度300℃后，通入CH4(10sccm)，保持真空度低于40帕斯卡，打开RF电源，电源功率调整为100W，石英管内产生氢等离子体。随后反应20min后在磷酸铁锂颗粒表面生长出一层层厚在2-5层的石墨烯材料。实施例2首先将磷酸铁锂粉体置于陶瓷舟并放于管式炉路中，抽真空。随后管式炉以3℃/min升温速率升温，至预定反应温度500℃后，通入CH4(1sccm)，保持真空度低于40帕斯卡，打开RF电源，电源功率调整为100W，石英管内产生氢等离子体。随后反应5min后在磷酸铁锂颗粒表面生长出一层层厚在2-5层的石墨烯材料。实施例3首先将磷酸铁锂粉体置于陶瓷舟并放于管式炉路中，抽真空。随后管式炉以3℃/min升温速率升温，至预定反应温度500℃后，通入CH4(10sccm)，保持真空度低于40帕斯卡，打开RF电源，电源功率调整为300W，石英管内产生氢等离子体。随后反应20min后在磷酸铁锂颗粒表面生长出一层层厚在5-10层的石墨烯材料。实施例4首先将磷酸铁锂粉体置于陶瓷舟并放于管式炉路中，抽真空。随后管式炉以3℃/min升温速率升温，至预定反应温度400℃后，通入CH4(5sccm)，保持真空度低于40帕斯卡，打开RF电源，电源功率调整为200W，石英管内产生氢等离子体。随后反应10min后在磷酸铁锂颗粒表面生长出一层层厚在2-10层的石墨烯材料。实施例5首先将磷酸铁锂粉体置于陶瓷舟并放于管式炉路中，抽真空。随后管式炉以3℃/min升温速率升温，至预定反应温度400℃后，通入CH4(2sccm)，保持真空度低于40帕斯卡，打开RF电源，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸铁锂材料表面包覆石墨烯的制备方法，其特征在于，以磷酸铁锂粉体作为生长基底并通入碳源，采用等离子体增强化学气相沉积法在生长基底表面生长石墨烯；所述等离子体增强化学气相沉积法的参数包括：生长基底的反应温度为300～500℃；碳源的流量1～10 sccm；真空度低于40 pa；电源功率100～300 W；生长时间5～20分钟。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂材料表面包覆石墨烯的制备方法，其特征在于，以磷酸铁锂粉体作为生长基底并通入碳源，采用等离子体增强化学气相沉积法在生长基底表面生长石墨烯；所述等离子体增强化学气相沉积法的参数包括：生长基底的反应温度为300～500℃；碳源的流量1～10sccm；真空度低于40pa；电源功率100～300W；生长时间5～20分钟。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳源为甲烷、乙烯和二氟甲烷中的至少一种。3.根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄富强，黄丙娣，唐宇峰，李永鸿，马文勤，陈志雄，李斌，谷彦静，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，佛山佛塑科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31