一种自组装磷酸铁锂及其制备方法、磷酸铁锂正极片、磷酸铁锂电池技术

本发明专利技术提供了一种自组装磷酸铁锂，并同时提供了该自组装磷酸铁锂的制备方法，以及由该自组装磷酸铁锂制得的磷酸铁锂正极片和磷酸铁锂电池，自组装磷酸铁锂的制备方法包括如下步骤：S1、配置氧化石墨烯分散液；S2、对磷酸铁锂进行球磨，然后喷雾造粒得到纳米磷酸铁锂；S3、将步骤S2所得纳米磷酸铁锂加入至步骤S1所得氧化石墨烯分散液中，进行超声分散，得到混合液；S4、将步骤S3所得混合液转移至水热反应釜中进行水热反应，完成后取出自然冷却、过滤及沥干即得自组装磷酸铁锂；本发明专利技术所提供的自组装磷酸铁锂与普通的磷酸铁锂相比，具有较高的电导率，适合大倍率充放电。

【技术实现步骤摘要】
一种自组装磷酸铁锂及其制备方法、磷酸铁锂正极片、磷酸铁锂电池
本专利技术涉及磷酸铁锂电池材料
，具体而言，涉及一种自组装磷酸铁锂及其制备方法、磷酸铁锂正极片、磷酸铁锂电池。
技术介绍
磷酸铁锂是一种锂离子电池电极材料，化学式为LiFePO4，主要用于各种锂离子电池。自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属，M为CoFe两者之组合：LiFeCoPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后，1997年美国德克萨斯州立大学John.B.Goodenough等研究群，也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性。但是由于磷酸铁锂本身的电导率较差以及锂离子扩散能力较差，使得其不适合大倍率充放电，限制了磷酸铁锂在要求越来越高的市场上的应用。申请内容本专利技术的目的在于提供一种自组装磷酸铁锂及其制备方法、磷酸铁锂正极片、磷酸铁锂电池，利用氧化石墨烯对磷酸铁锂进行改性，有效提升其电导率。本专利技术的实施例通过以下技术方案实现：本专利技术第一方面提供了一种自组装磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：S1、配置氧化石墨烯分散液；S2、对磷酸铁锂进行球磨，然后喷雾造粒得到纳米磷酸铁锂；S3、将步骤S2所得纳米磷酸铁锂加入至步骤S1所得氧化石墨烯分散液中，进行超声分散，得到混合液；S4、将步骤S3所得混合液转移至水热反应釜中进行水热反应，完成后取出自然冷却、过滤及沥干即得自组装磷酸铁锂。本专利技术第二方面提供了由上述制备方法制得的自组装磷酸铁锂。本专利技术第三方面提供了由上述自组装磷酸铁锂制得的磷酸铁锂正极片。本专利技术第四方面提供了一种磷酸铁锂电池，包括正极片、负极片、隔膜及电解液，其中，所述正极片为上述的磷酸铁锂正极片。本专利技术实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：由本专利技术所提供的制备方法所制得的自组装磷酸铁锂，通过将磷酸铁锂和氧化石墨烯组装在一起，一方面利用氧化石墨烯的结构限域作用减小了磷酸铁锂的粒径，使得锂离子的扩散距离变短从而扩散能力提升，另一方面氧化石墨烯形成具有内交联网络结构的框架，使得磷酸铁锂在作为电极材料时与电解液的有效接触面积增大，从而有效提升了材料的电导率，使其在作为电池的电极材料时能够使得电池实现大倍率充放电。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本专利技术第一方面提供了一种自组装磷酸铁锂的制备方法，包括如下步骤：S1、配置氧化石墨烯分散液；步骤S1的目的在于使得氧化石墨烯分散的更加均匀，具体包括：S11、将6-8重量份的氧化石墨烯粉末加入至100重量份的水中，超声分散10分钟；S12、向步骤S11所得溶液中滴加碱液(氢氧化钠或氢氧化锂)，调整溶液的PH值显碱性，PH值的具体范围为9-11。经过如此处理，即可使得分散液中的氧化石墨烯片的尺寸达到1-2微米，由于大尺寸的氧化石墨烯存在于碱性环境中而小尺寸的氧化石墨烯存在于酸性环境中，因此可以通过调节分散液的PH值来对氧化石墨烯的尺寸进行筛选，但是，随着PH值增大，氧化石墨烯上的官能团的活性会逐步降低，因此，限定了PH值的具体范围为9-11，以此保证氧化石墨烯上存在足够的有效官能团。S2、对磷酸铁锂进行球磨，然后喷雾造粒得到纳米磷酸铁锂，所得到的纳米磷酸铁锂的尺寸为50-80纳米；将纳米磷酸铁锂的尺寸限定到50-80纳米的目的，一方面在于通过控制磷酸铁锂的粒径以使锂离子的扩散距离变短从而扩散能力提升，另一方面，纳米磷酸铁锂的尺寸远远小于氧化石墨烯片的尺寸，使得纳米磷酸铁锂能够存在于多个氧化石墨烯片之间，二者共同组成具有内交联网络结构的框架，该框架结构能够通过限域作用进一步减小纳米磷酸铁锂的尺寸，并且该框架结构同时也是多孔结构，可以促进电解液对磷酸铁锂的浸润，加速物质传输过程。S3、将步骤S2所得纳米磷酸铁锂加入至步骤S1所得氧化石墨烯分散液中，进行超声分散，得到混合液；其中，纳米磷酸铁锂为30-32重量份，氧化石墨烯分散液为50重量份。如此设置二者的加量的原因在于，使得磷酸铁锂与氧化石墨烯片组装成的框架结构稳定的基础上，同时具备足够多的孔隙以便电解液流通。50重量份的氧化石墨烯分散液中具有3-4重量份的氧化石墨烯片，该氧化石墨烯片的尺寸为1-2微米，而纳米磷酸铁锂的尺寸为50-80纳米，当纳米磷酸铁锂为30-32重量份，氧化石墨烯分散液为50重量份时，所组装成的框架具备稳定的结构，同时，其内部还具有足够多的孔隙。S4、将步骤S3所得混合液转移至水热反应釜中进行水热反应，完成后取出自然冷却、过滤及沥干即得固体粉末。其中，水热反应的反应温度为120-160℃，反应时间为2-3小时。水热反应即为磷酸铁锂与氧化石墨烯片组装的过程，纳米磷酸铁锂与氧化石墨烯的组装原理为，纳米磷酸铁锂上的铁与氧化石墨烯片上的羧酸基团产生静电吸附，使得纳米磷酸铁锂稳定地吸附在氧化石墨烯片上，纳米磷酸铁锂将不同的氧化石墨烯片吸附在一起，使得原本呈二维片状结构的氧化石墨烯片组装成为具有内交联网络结构的框架，该框架内部存在广泛发育的孔隙，氧化石墨烯片充当该框架的骨架，纳米磷酸铁锂充当该框架的连接固定点。在作为电极材料时，该框架内部的孔隙为电解液提供了大量的流动通道，增大了电解液与磷酸铁锂的有效接触面积，即促进了电解液对磷酸铁锂材料的浸润，加速了物质传输过程，即提升了材料的电导率。S5、将步骤S4所得固体粉末置于去离子水中，加入碳纳米纤维，超声混合，过滤及烘干即得。其中，固体粉末的含量为20重量份，碳纳米纤维的含量为13重量份。其中，碳纳米纤维的直径为20纳米，长度为200纳米。碳纳米纤维为条状结构，掺杂到氧化石墨烯片层中之后，一端与氧化石墨烯产生吸附作用，另一端缠绕在纳米磷酸铁锂上，并且碳纳米纤维相互之间会发生缠绕，进一步提升了材料内部的稳定性，并且，碳纳米纤维具有高的导电性能，能够提升材料的电导率。本专利技术第二方面提供了一种自组装磷酸铁锂，该自组装磷酸铁锂由上述制备方法制得，该自组装磷酸铁锂具有稳定的框架结构，能够通过限域作用进一步减小纳米磷酸铁锂的尺寸，并且该框架结构同时也是多孔结构，可以促进电解液对磷酸铁锂的浸润，加速物质传输过程，进而提升材料的电导率。本专利技术第三方面提供了一种磷酸铁锂正极片，该磷酸铁锂正极片由上述自组装磷酸铁锂制得，具体的制备方法如下：将10重量份的聚偏氟乙烯、10重量份的碳纳米管和26重量份的N-甲基吡咯烷酮混合在一起搅拌得到混合浆，随后向该混合浆中加入40重量份的自组装磷酸铁锂，搅拌分散，得到导电浆，将该导电浆涂敷在铝箔集流体表面，辊压，即得磷酸铁锂正极片。本专利技术第四方面提供了一种磷酸铁锂电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自组装磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、配置氧化石墨烯分散液；/nS2、对磷酸铁锂进行球磨，然后喷雾造粒得到纳米磷酸铁锂；/nS3、将步骤S2所得纳米磷酸铁锂加入至步骤S1所得氧化石墨烯分散液中，进行超声分散，得到混合液；/nS4、将步骤S3所得混合液转移至水热反应釜中进行水热反应，完成后取出自然冷却、过滤及沥干即得固体粉末。/n

【技术特征摘要】
1.一种自组装磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、配置氧化石墨烯分散液；
S2、对磷酸铁锂进行球磨，然后喷雾造粒得到纳米磷酸铁锂；
S3、将步骤S2所得纳米磷酸铁锂加入至步骤S1所得氧化石墨烯分散液中，进行超声分散，得到混合液；
S4、将步骤S3所得混合液转移至水热反应釜中进行水热反应，完成后取出自然冷却、过滤及沥干即得固体粉末。


2.根据权利要求1所述的自组装磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，还包括步骤S5:
将步骤S4所得固体粉末置于去离子水中，加入碳纳米纤维，超声混合，过滤及烘干即得。


3.根据权利要求1所述的自组装磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，具体包括：
S11、将6-8重量份的氧化石墨烯粉末加入至100重量份的水中，超声分散；
S12、向步骤S11所得溶液中滴加氢氧化钠，调整溶液的PH值显碱性。


4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丰，杨建国，曹宇，李精华，钟世林，刘光海，
申请(专利权)人：龙蟒大地农业有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51