一种石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法，所述方法包括以廉价易得的草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂和液态低聚物C3作为原料，通过研磨、喷雾干燥、预加热以及煅烧处理，制备出石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料。通过本发明专利技术方法制得的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料中，石墨烯的包覆有效地控制晶粒的生长，材料内部晶粒有序排列，堆积较为密实，维持了电极材料的结构稳定性；同时石墨烯优异的导电性能加快了复合材料的电子迁移速率，有效提高电极材料的导电性。本发明专利技术提供的制备方法简单易实现、环保无污染、成本低廉。

A graphene in situ composite lithium iron phosphate cathode material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池制造
，尤其涉及一种石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法。
技术介绍
由于人类日益增长的能源需求，过度地依赖传统化石燃料而引发的能源危机和环境污染问题日益严峻。因此，可再生能源的开发被认为是二十一世纪最值得研究的课题之一。可再生能源主要包括太阳能、风能、潮汐能等，然而，它们大多数具有间歇的、不连续的特点，输送电网也因此面临巨大安全隐患。为了解决这个难题，科学家提出了大规模储能，在模块化储能中成本较低的是电化学储能。在众多能源种类中，电池或电池组作为储能装置，能够成功地将化学能转化为电能，在生活生产具有重要的应用价值。目前锂金属是已知最活跃最轻的金属，锂基电池因其高能量密度在电池大家族中脱颖而出。由于橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)因具备高开路电压、高理论容量、原材料丰富、成本低廉、安全性可靠、循环稳定、绿色环保等优势被人们认为是目前最具商业化市场化应用潜力的锂离子动力电池正极材料之一。然而，在实际应用中，LiFePO4(LFP)作为动力电池，表现出10-9～10-10Scm-1低的电子电导率和10-14～10-16cm2s-1差的锂离子扩散速率，导致该动力电池呈现出差的倍率性能。目前，LiFePO4倍率性能改善取得了很大的研究进展，但仍有很大空间。随着石墨烯新型碳材料的提出和发展，在过去十多年受到前所未有的关注。目前，石墨烯材料，包括LiFePO4石墨烯复合材料，已被用于LIBs正极材料中。开发行之有效的制备方法以实现LiFePO4与石墨烯之间的有机结合，揭示不同储能机制组分间的协同效应机理，是LiFePO4与石墨烯复合材料研究的关键，也是此领域的研究热点和难点。磷酸铁锂(LiFePO4)具有比容量高、循环性能好、电化学性能稳定、安全性高以及价格低廉等特点,成为新一代绿色正极材料。随着动力电池和储能等相关的产业的迅猛发展，对LiFePO4正极材料的要求也越来越高。而纯相LiFePO4的导电率、振实密度和离子扩散速率较低,导电性差等缺点限制了其广泛应用。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法，旨在解决现有磷酸铁锂正极材料的导电率、振实密度和离子扩散速率较低、导电性较差的问题。本专利技术的技术方案如下:一种石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，包括步骤:A、按照Li:Fe:P摩尔比为1.0-1.5:1-1.5:1的比例将草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂加入到混合溶剂中，研磨均匀得到混合液；B、在所述混合液中加入一定量的自制的液态低聚物C3，对其继续研磨混合均匀得到正极材料浆料；C、对所述正极材料浆料进行喷雾干燥固化定型处理，得到LFP正极材料前驱体；D、在惰性气氛保护下先对所述正极材料前驱体进行预加热处理，接着进行粉碎细化，最后再进行煅烧高温处理，得到石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料。所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，所述混合溶剂为聚乙烯吡咯烷酮和/或乙炔黑与去离子水、乙醇、异丙醇或丙酮中的一种或多种组成的混合溶剂。所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，所述聚乙烯吡咯烷酮的相对分子质量为2000-200000。所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，所述乙炔黑的纯度为99.0-99.99％。所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，所述混合溶剂中聚乙烯吡咯烷酮的质量为草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂三种原料总质量的0.5-5％。所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，所述混合乙炔黑的质量为草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂三种原料总质量的0.01-3％。所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，所述液态低聚物C3的相对分子质量为100-100000，所述液态低聚物C3的加入量为草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂三种原料总质量的1-30％。所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，所述混合溶剂为聚乙烯吡咯烷酮与去离子水、乙醇、异丙醇或丙酮中的一种或多种组成的混合溶剂，其加入量为草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂三种原料总质量的1-100倍。所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤C中喷雾干燥固化处理时的温度为110-240℃。所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤D中预加热处理的温度为100-400℃，处理时间为1-10h。所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤D中粉碎细化处理的采用处理方法是气流磨粉碎或者球磨粉碎中的任意一种。所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，所述步骤D中煅烧处理的温度为500-900℃，处理时间为1-10h。所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其中，所述惰性气氛为氦气、氖气、氩气或氮气中的一种或多种。一种石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料，其中，采用上述任一所述的制备方法制成。有益效果:本专利技术以廉价易得的草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂和液态低聚物C3作为原料，添加表面活性剂聚乙烯吡络烷酮和/或导电剂乙炔黑通过研磨、喷雾干燥、预加热以及粉碎细化后煅烧处理，制备出石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料。通过本专利技术方法制得的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料中，石墨烯的包覆有效地控制晶粒的生长，材料内部晶粒有序排列，堆积较为密实，维持了电极材料的结构稳定性；同时石墨烯优异的导电性能加快了复合材料的电子迁移速率，有效提高电极材料的导电性。本专利技术提供的制备方法简单易实现、环保无污染、成本低廉。附图说明图1为本专利技术的一种石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法较佳实施例的流程图。具体实施方式本专利技术提供了一种石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，图1为本专利技术石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其中包括步骤:S10、按照Li:Fe:P摩尔比为1.0-1.5:1-1.5:1的比例将草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂加入到混合溶剂中，研磨均匀后得到混合液；S20、在所述混合液中加入预定量的液态低聚物C3，继续研磨均匀得到正极材料浆料；S30、对所述正极材料浆料进行喷雾干燥处理，得到正极材料前驱体；S40、在惰性气氛下先对所述正极材料前驱体进行预加热处理；对所述预收后得到的材料进行粉碎细化然后再进行煅烧处理，得到石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料。在本实施方式中，首先在步骤S10中按照Li:Fe:P摩尔比为1.0-1.5:1-1.5:1的比例称取草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂原材料，将所述原材料加入到混合溶剂中，所述混合溶剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和/或者乙炔黑与去离子水、乙醇、异丙醇或丙酮中的一种或多种组成的混合溶剂；其中，所述PVP和乙炔黑作为分散剂和导电剂，在研磨过程中能保证将所述草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂原材料充分研磨均匀；优选地，将所述原材料和混合溶剂放置在砂磨机中高速研磨1-20h，即可得到混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤:A、按照Li:Fe:P摩尔比为1.0‑1.5:1‑1.5:1的比例将Li2CO3、草酸亚铁、磷酸二氢铵加入到混合溶剂中，研磨均匀得到混合液；B、在所述混合液中加入预定量的液态低聚物C3，继续研磨均匀得到正极材料浆料；C、对所述正极材料浆料进行喷雾干燥处理，得到正极材料前驱体；D、在惰性气氛下先对所述正极材料前驱体进行预加热处理，然后再进行煅烧处理，得到石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤:A、按照Li:Fe:P摩尔比为1.0-1.5:1-1.5:1的比例将Li2CO3、草酸亚铁、磷酸二氢铵加入到混合溶剂中，研磨均匀得到混合液；B、在所述混合液中加入预定量的液态低聚物C3，继续研磨均匀得到正极材料浆料；C、对所述正极材料浆料进行喷雾干燥处理，得到正极材料前驱体；D、在惰性气氛下先对所述正极材料前驱体进行预加热处理，然后再进行煅烧处理，得到石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料。2.根据权利要求1所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂为聚乙烯吡咯烷酮和/或乙炔黑与去离子水、乙醇、异丙醇或丙酮中的一种或多种组成的混合溶剂。3.根据权利要求2所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的相对分子质量为2000-200000。4.根据权利要求2所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂中聚乙烯吡咯烷酮的质量为草酸亚铁、磷酸二氢铵、碳酸锂三种原料总质量的0.5-5％。5.根据权利要求1所述的石墨烯原位复合磷酸铁锂正极材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑洪，孔金丽，林文忠，李凯，黄少銮，张小勇，熊威，冯斌斌，王祎，张汉平，杨明，
申请(专利权)人：深圳市本征方程石墨烯技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44