一种硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池正极材料合成及应用领域，具体提供了一种硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法，包括如下步骤：将锂源、铁源、锰源、磷源、硼源、有机碳源与水混合，研磨，加入氧化石墨烯，干燥，在氮气或惰性气体的气氛下煅烧、破碎即得。通过硼掺杂还原氧化石墨烯与磷酸锰铁锂复合，一方面硼掺杂可增加还原氧化石墨烯的边缘缺陷，再者还可充分借助还原氧化石墨烯比表面积大、导电性强、柔韧性好等特性，使磷酸锰铁锂颗粒由点聚面，形成二维导电网络，增强复合材料电导率。增强复合材料电导率。增强复合材料电导率。

【技术实现步骤摘要】
一种硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极材料合成及应用领域，具体涉及一种硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]在随着新能源汽车需求快速攀升、原材料价格不断上涨的同时磷酸铁锂电池体系能量密度已接近理论极值的情况下，行业内对兼具低成本和高能量密度的新型正极材料的渴望程度进一步提升。磷酸锰铁锂无疑是目前最符合相关技术需求的锂离子电池正极材料。
[0003]磷酸锰铁锂作为磷酸铁锂的升级版，它不仅继承了磷酸铁锂低成本、高热稳定性、高安全性等特性，而且还可弥补磷酸铁锂能量密度低的缺点。同时，磷酸锰铁锂材料及电池生产与磷酸铁锂的生产设备变动较小，无需重建产线，变动成本低，符合经济性。虽然磷酸锰铁锂具有诸多固有优势，但其目前依旧存在依旧诸多有待改进的缺陷，诸如粉末电阻高、充放电比容量低等问题。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的粉末电阻高、充放电比容量低的缺陷，从而提供复合良好的一种硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法。
[0005]为此，本专利技术提供了一种硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0006]将锂源、铁源、锰源、磷源、硼源、有机碳源与水混合，研磨，得到粒径D50为0.2
‑
0.6μm的混合浆料，加入氧化石墨烯，干燥，在氮气或惰性气体的气氛下煅烧、破碎即得。
[0007]进一步地，所述硼源中硼元素的质量占锂源、铁源、锰源、磷源、有机碳源、硼源和氧化石墨烯总质量的百分数为0.002
‑
0.1wt％，优选为0.005
‑
0.03wt％。
[0008]进一步地，氧化石墨烯的质量占锂源、铁源、锰源、磷源、有机碳源、硼源和氧化石墨烯总质量的百分数为0.1
‑
5wt％，优选为0.4
‑
0.8wt％。
[0009]进一步地，复合材料中碳元素占所述复合材料总元素的百分数为1
‑
6％，优选为1
‑
3％。
[0010]进一步地，锂源、锰源、铁源、磷源中Li、Mn、Fe、P的摩尔比为0.9
‑
1.1：0.5
‑
0.7：0.3
‑
0.5：0.9
‑
1.1。
[0011]进一步地，有机碳源的质量占锂源、铁源、锰源、磷源、有机碳源、硼源和氧化石墨烯总质量的百分数为1.5
‑
4wt％。
[0012]进一步地，所述锂源为磷酸二氢锂、氢氧化锂、碳酸锂、磷酸锂或醋酸锂中的至少一种；和/或，铁源为草酸亚铁、磷酸铁、铁红、碳酸铁、硝酸亚铁、氯化亚铁、氢氧化铁中的至
少一种；和/或，锰源为硫酸锰、碳酸锰、二氧化锰、四氧化三锰、氯化锰、硝酸锰中的至少一种；和/或，磷源为磷酸二氢锂、磷酸锂、磷酸铁、磷酸二氢氨、磷酸氢二氨或磷酸铵、磷酸中的至少一种；和/或，硼源为硼酸、硼酸三甲酯、氧化硼、四苯硼酸中的至少一种；和/或，有机碳源为柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、尿素、聚丙烯腈中的至少一种。
[0013]进一步地，所述干燥为喷雾干燥。
[0014]进一步地，所述煅烧的温度为400
‑
1000℃，优选为600
‑
800℃，时间为3
‑
15h，优选为为5
‑
10h。
[0015]进一步地，所述破碎后物料的粒径为1
‑
2μm。
[0016]本专利技术还提供了上述任一硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料的制备方法制备得到的硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料。
[0017]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0018]1.本专利技术提供的硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料的制备方法中，将锂源、铁源、锰源、磷源、有机碳源、硼源与水混合，研磨，得到粒径D50为0.2
‑
0.6μm的混合浆料，加入氧化石墨烯，干燥，在氮气或惰性气体的气氛下煅烧、破碎制成碳含量为1
‑
6％的复合材料。通过该方法氧化石墨烯在氮气或惰性气体的气氛下煅烧形成还原氧化石墨烯，还原氧化石墨烯与粒径D50为0.2
‑
0.6μm的磷酸锰铁锂混合浆料充分复合，使磷酸锰铁锂颗粒由点聚面，形成二维导电网络，可以增强复合材料电导率，还可以利用还原氧化石墨烯的赝电容特性，优化电导、提供比电容，从而多重优化磷酸锰铁锂电化学性能，同时在制备中引入硼掺杂改性，进一步优化还原氧化石墨烯的特性和提高磷酸锰铁锂的结晶度，保证与各种原料混合的均一性，进而增强了导电性，降低粉末电阻，提高充放电比容量。研究发现浆料粒径过大或者过小影响粉末电阻，而本申请通过将粒径D50控制在0.2
‑
0.6μm，研磨达标后再加入氧化石墨烯，保持其大比表面积特性，避免研磨过碎，破坏二维导电网络，使得粉末电阻明显降低，充放电比容量明显提高。碳含量过低会降低导电性，影响电化学性能，过高又会影响压实密度。本专利技术通过将复合材料的碳含量控制在1
‑
6％之间，在兼顾压实密度满足要求的基础上，显著降低粉末电阻，提高电化学性能。
[0019]2.本专利技术提供的硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料及其制备方法，将硼元素的掺杂控制在0.002
‑
0.1wt％，在某些优选的实施例中，通过将硼元素的掺杂控制在0.005
‑
0.03wt％，能够进一步优化复合材料的理化性能，原因是硼元素的掺杂可增加还原氧化石墨烯的边缘缺陷，进一步增强导电性，同时硼在磷酸锰铁锂晶体生成过程中还有一定的助融作用，增强材料的结晶度，对提高材料粉体压实密度有一定促进作用。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本专利技术实施例1中所得材料的SEM图；
[0022]图2是本专利技术实施例1中所得材料的充放电曲线。
具体实施方式
[0023]提供下述实施例是为了更好地进一步理解本专利技术，并不局限于所述最佳实施方式，不对本专利技术的内容和保护范围构成限制，任何人在本专利技术的启示下或是将本专利技术与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本专利技术相同或相近似的产品，均落在本专利技术的保护范围之内。
[0024]实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将锂源、铁源、锰源、磷源、有机碳源、硼源与水混合，研磨，得到粒径D50为0.2
‑
0.6μm的混合浆料，加入氧化石墨烯，干燥，在氮气或惰性气体的气氛下煅烧、破碎制成碳含量为1
‑
6％的复合材料。2.根据权利要求1所述的硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述硼源中硼元素的质量占锂源、铁源、锰源、磷源、有机碳源、硼源和氧化石墨烯总质量的百分数为0.002
‑
0.1wt％，优选为0.005
‑
0.03wt％。3.根据权利要求1或2所述的硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，氧化石墨烯的质量占锂源、铁源、锰源、磷源、有机碳源、硼源和氧化石墨烯总质量的百分数为0.1
‑
5wt％，优选为0.4
‑
0.8wt％。4.根据权利要求1
‑
3中任一所述的硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料的碳含量为1
‑
3％。5.根据权利要求1所述的硼掺杂还原氧化石墨烯包覆磷酸锰铁锂复合材料的制备方法，其特征在于，锂源、锰源、铁源、磷源中Li、Mn、Fe、P的摩尔比为0.9
‑
1.1：0.5
‑
0.7：0.3
‑
0.5：0.9
‑
1.1。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，练平，王跃林，余锋磊，廖财斌，龙志林，王付，林桃，肖禹迪，
申请(专利权)人：湖南裕能新能源电池材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：