一种磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及磷酸铁锂材料技术领域，提出了一种磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、在酸性条件下，向铁源中加入多胺氧化纤维素进行反应，得到混合物A；S2、向混合物A中加入磷源搅拌后，得到混合物B；S3、将混合物B与氧化石墨烯溶液搅拌后，得到混合物C；S4、向混合物C中加入锂源反应，将反应得到的固体物料与碳源混合均匀、干燥；S5、将S4中干燥后的物料进行烧结、粉碎、筛选、除磁得到磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料。通过上述技术方案，铁源与多氨基氧化纤维素混合；限定锂、铁元素的比例、锂源的粒径，提高了磷酸铁锂材料在锂电池应用中的综合性能，解决了现有技术中磷酸铁锂材料应用到电池中综合性能差的问题。酸铁锂材料应用到电池中综合性能差的问题。酸铁锂材料应用到电池中综合性能差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及磷酸铁锂材料
，具体的，涉及一种磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]由于锂离子电池具有高能量密度和稳定的循环寿命的优点被广泛应用于储能材料，目前LiCoO2、LiVPO4F、LiMn2O4、LiFePO4、Li2FeSiO4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作为电化学储能的理想材料受到了广泛的关注。在这些很有前途的阴极材料中，橄榄石结构的LiFePO4因其良好的稳定性、优异的安全性和低成本而受到最广泛的关注，然而，导电性差和锂离子输运缓慢是严重限制了LiFePO4在锂储能中应用的瓶颈。
[0003]近年来，二维石墨烯薄片由于其优越的导电率，作为提高电极材料电导率的碳材料得到了广泛的研究，文献报道证明，石墨烯的加入可以显著提高LiFePO4的速率容量和循环性能，但是目前仍然存在磷酸铁锂的粒径较大，造成石墨烯与磷酸铁锂复合后的导电性不高，压实密度不高的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法，解决了相关技术中的磷酸铁锂材料应用到电池中综合性能差的问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、在酸性条件下，向铁源中加入多胺氧化纤维素进行反应，得到混合物A；
[0008]S2、向混合物A中加入磷源搅拌后，得到混合物B；r/>[0009]S3、将混合物B与氧化石墨烯溶液搅拌后，得到混合物C；
[0010]S4、向混合物C中加入锂源反应，将反应得到的固体物料与碳源混合均匀、干燥；
[0011]S5、将S4中干燥后的物料进行烧结、粉碎、筛选、除磁得到磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料。
[0012]作为进一步技术方案，所述多胺氧化纤维素包括三乙烯四胺基氧化纤维素、己二胺氧化纤维素的一种或多种。
[0013]作为进一步技术方案，所述磷源包括磷酸、磷酸二氢氨、磷酸钠中的一种或多种；所述铁源包括硫酸亚铁、氯化亚铁中的一种或多种；所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂中的一种或多种。
[0014]作为进一步技术方案，所述锂源的粒径为300
‑
400nm。
[0015]通过对锂源的粒径的限定，减小了磷酸铁锂的粒径，可以增加压实密度，提高磷酸铁锂材料在锂电池应用中的综合性能。
[0016]作为进一步技术方案，所述铁源中铁元素、多胺氧化纤维素、磷源中磷元素、锂源中锂元素的摩尔比为1：(1.05
‑
1.25)：(1.1
‑
1.3)：(1.5
‑
2.5)。
[0017]对锂元素和铁元素的比例进行了限定，锂元素的摩尔量大于铁元素，锂元素分为两部分，一部分与磷酸铁反应合成磷酸铁锂，另一部分通过静电作用吸附于氧化石墨烯基层表面，在充放电过程中增加锂元素的导电性。
[0018]作为进一步技术方案，所述碳源为磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料质量的0.7
‑
2.5％。
[0019]作为进一步技术方案，所述步骤S5中烧结分两个阶段，第一阶段升温速率3
‑
5℃/min，温度升至400
‑
550℃，保持2
‑
3小时，第二阶段升温速率3
‑
5℃/min，温度升至650
‑
800℃，保持5
‑
7小时。
[0020]作为进一步技术方案，所述步骤S4中干燥为喷雾干燥，进风温度为250
‑
300℃，出口温度为90
‑
110℃。
[0021]作为进一步技术方案，所述步骤S4中反应温度为190
‑
230℃，反应时间为5
‑
7h。
[0022]作为进一步技术方案，所述步骤S3中氧化石墨烯溶液的制备方法为：
[0023]A1、将石墨粉、硝酸钠加入到浓硫酸中反应后，得到混合溶液A；
[0024]A2、向混合溶液A中加入高锰酸钾反应后，加入水得到混合溶液B；
[0025]A3、将混合溶液B升温至95℃反应30min，再加入双氧水反应15min后，得到混合溶液C；
[0026]A4、向混合溶液C中加入10％的盐酸溶液，离心、洗涤后将固体分散于等体积水中，超声得到氧化石墨烯溶液。
[0027]本专利技术的工作原理及有益效果为：
[0028]1、本专利技术采用氧化石墨烯与磷酸铁锂复合，氧化石墨烯的表面具有大量的羟基、环氧基团、羰基和羧基等活性基团，其中羟基和环氧基团位于氧化石墨烯的基面上，羰基和羧基位于氧化石墨烯的边缘处，并且由于氧化石墨烯的杂化方式，使其整体表面带有负电，铁源与多氨基氧化纤维素混合后发生络合作用，后续与氧化石墨烯溶液混合过程中，氨基与羟基和羧基等活性基团通过化学键相连接，进而使铁元素固定于氧化石墨烯表面和边缘，保证铁元素分散于氧化石墨烯表面，最后控制磷酸铁锂在氧化石墨烯表面的分布，控制磷酸铁锂的粒径，保证磷酸铁锂颗粒之间不团聚。本专利技术中铁源化合物与多胺氧化纤维素化学结合后再与氧化石墨烯进行静电吸附，提高了磷酸铁锂材料的综合性能。
[0029]2、本专利技术中制备得到的磷酸铁锂氧化石墨烯复合材料的粒径较小，可以增加压实密度，增强导电性能。
附图说明
[0030]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0031]图1为实施例1在不同倍率下经过100次充放电循环后放电比容量。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本专利技术保护的范围。
[0033]本专利技术实施例1
‑
6中氧化石墨烯溶液均采用以下步骤制备：
[0034]称取10g石墨粉和10g硝酸钠加入到250mL浓硫酸中，缓慢搅拌，1h以后加入30g高锰酸钾，控制温度≤10℃，反应时间2h，得到混合溶液，在所得混合液中缓慢加入500mL的去离子水，升温保持混合液温度95℃反应30min，再加入100mL双氧水，反应15min后加入10％的盐酸溶液300mL。低速离心洗涤后将固体分散于等体积水中，超声震荡剥离30min，得氧化石墨烯浆料。
[0035]实施例1
‑
6中氧化石墨烯溶液的加入量均为多氨基化合物摩尔量的25％
‑
50％。
[0036]实施例1
[0037]磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0038]S1、将硫酸亚铁与稀硫酸溶液混合，维持溶液pH为2，然后加入三乙烯四胺基氧化纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在酸性条件下，向铁源中加入多胺氧化纤维素进行反应，得到混合物A；S2、向混合物A中加入磷源搅拌后，得到混合物B；S3、将混合物B与氧化石墨烯溶液搅拌后，得到混合物C；S4、向混合物C中加入锂源反应，将反应得到的固体物料与碳源混合均匀、干燥；S5、将S4中干燥后的物料进行烧结、粉碎、筛选、除磁得到磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述多胺氧化纤维素包括三乙烯四胺基氧化纤维素、己二胺氧化纤维素的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述磷源包括磷酸、磷酸二氢氨、磷酸钠中的一种或多种；所述铁源包括硫酸亚铁、氯化亚铁中的一种或多种；所述锂源包括碳酸锂、氢氧化锂中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述锂源的粒径为300
‑
400nm。5.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述铁源中铁元素、多胺氧化纤维素、磷源中磷元素、锂源中锂元素的摩尔比为1：(1.05
‑
1.25)：(1.1
‑
1.3)：(1.5
‑
2.5)。6.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳源为磷酸铁锂/氧化石墨烯复合材料质...

【专利技术属性】
技术研发人员：张千，张川，张建平，
申请(专利权)人：河北麦森钛白粉有限公司，
类型：发明
国别省市：