本发明专利技术提供了一种磷酸钒锂/石墨烯复合材料的制备方法，包括：取氧化石墨加入到水中，超声分散后得到氧化石墨烯悬浮液；取五氧化二钒粉末溶于草酸溶液中，再加入氧化石墨烯悬浮液，搅拌均匀，随后加入锂源和磷源，搅拌1~5h，加热干燥，得到干燥的前驱体粉末；将前驱体粉末在惰性气体保护下，300~500℃温度下预烧0.5~2h，冷却，研磨，再置于微波炉中反应5~60min，得到磷酸钒锂/石墨烯复合材料。本发明专利技术提供的制备方法工艺流程简单，反应时间短，制得的磷酸钒锂/石墨烯复合材料具备较好的功率密度和较高的容量，可用作锂离子电池和超级电容器的正极材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学材料制备领域，尤其涉及。
技术介绍
锂离子电池由于具有比能量大、自放电小、循环寿命长、重量轻和环境友好等优点而成为电动汽车和混合动力汽车电源的有力竞争者。常见的动力锂离子电池正极材料有尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)、镍钴锰三元材料(LiNi1IiCoxMnyO2)和聚阴离子型正极材料(LiMPO4, M=Mn、Fe、V等)。其中，聚阴离子型磷酸铁锂(LFP)因循环寿命长、安全性高和价格低廉等突出优点而备受人们关注；但其存在电子离子导电性差、锂离子扩散系数低和大电流放电特性较差等致命缺陷。同为聚阴离子型结构的磷酸钒锂(Li3V2 (PO4)3, LVP)正极材料，理论能量密度达500mWh/g，相比LFP具有更高的电子离子导电性、理论充放电容量及充放电电压平台，且在4.8V的高充电电压下仍能保持稳定的框架结构，因此被认为是一种极具竞争优势和应用前景的动力锂离子电池正极材料。但是由于晶体结构的原因，金属离子相隔较远，使得材料中的电子迁移率低，Li3V2 (PO4)3的电子迁移率为2X107s/cm，大大限制了 Li3V2 (PO4) 3的电化学性能。石墨烯是目前已知的最薄的一种材料，具有极强导电性，超高强度和超大比表面积，在电池材料领域中得到了广泛关注。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术旨在提供。本专利技术提供的制备方法工艺流程简单，反应时间短。本专利技术提供的磷酸钒锂/石墨烯复合材料，具备较好的功率密度和较高的容量，可用做锂离子电池和超级电容器的正极材料。本专利技术提供了，包括以下步骤:取氧化石墨加入到水中，超声分散后得到氧化石墨烯悬浮液；取五氧化二钒粉末溶于草酸溶液中，加入所述氧化石墨烯悬浮液，搅拌均匀，随后加入锂源和磷源，搅拌f5h，加热干燥，得到干燥的前驱体粉末；将前驱体粉末在惰性气体保护下，30(T55(TC温度下预烧0.5?2h，冷却，研磨，再置于微波炉中反应5?60min,得到磷酸f凡锂/石墨烯复合材料。优选地，超声分散的时间为3(Tl80min。超声分散制得氧化石墨烯的过程采用的是超声剥离法，即将氧化石墨悬浮液在一定功率下超声一定的时间。超声波在氧化石墨悬浮液中疏密相间地辐射，使液体流动而产生数量众多的微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区迅速闭合，在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成超过1.0XlO8Pa个大气压的瞬间高压，连续不断产生的高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击氧化石墨，使氧化石墨片迅速剥落生成单层氧化石墨烯。其中，氧化石墨烯片的大小可以通过超声功率的大小及超声时间的长短进行调节。优选地，氧化石墨与五氧化二钒的质量比为0.2^1.6:1优选地，草酸溶液的质量浓度为10-20%。优选地，锂源为氢氧化锂、醋酸锂或碳酸锂。优选地，磷源为磷酸一氢铵、磷酸二氢铵或磷酸铵。优选地，五氧化二钒、锂源与磷源按钒:锂:磷酸根的摩尔比为2:3:3的量加入。优选地，加热温度为5(T80°C.低温加热主要是除去混合原料中的水分，使其变干成干燥的前驱体粉末。优选地,惰性气体为氮气、氩气、氦气和氖气中的一种或多种的组合。优选地，微波炉的功率为60(T3000w。将干燥的前驱体粉末在惰性气体保护下，30(T50(TC温度下预烧0.5^2h,预烧处理过程中有一个草酸炭化变成碳的过程，碳在后续微波反应中充当还原剂。优选地，预烧过程中加入蔗糖、柠檬酸、葡萄糖或淀粉。蔗糖、柠檬酸、葡萄糖或淀粉的加入，能提供更多炭化成碳的来源，即能为微波反应提供更丰富的还原剂，从而使微波反应进行得更加完全。微波反应过程中，氧化石墨烯被还原成石墨烯，五氧化二钒、锂源与磷源发生化学反应，生成磷酸钒锂(Li3V2 (PO4)`3),锂源以氢氧化锂为例，磷源以磷酸二氢铵为例，化学反应式如下:3Li0H+V205+3NH4H2P04+2C — Li3V2 (P04) 3+3NH3+6H20+2C0。微波反应机理:微波辐射能量能直接被样品吸收，并在短时间内快速而均匀地加热反应原料，提供反应所需的热量。微波反应合成时间短，污染小，无需惰性气体的保护。优选地，在磷酸钒锂/石墨烯复合材料中，磷酸钒锂(Li3V2 (PO4)3)的质量含量为50~95%，石墨烯的质量含量为5~50%。本专利技术制得的磷酸钒锂/石墨烯复合材料是由2维的石墨烯分子与磷酸钒锂构成，磷酸钒锂表面附着大量的高导电的石墨烯分子。磷酸钒锂/石墨烯复合材料中，磷酸钒锂(Li3V2 (PO4)3)与石墨烯表面主要表现出很强的共价相互作用特征。共价键的主要贡献来自于过渡金属钒的d(x2-y2)和d(yz)轨道与碳原子的pz轨道的杂化。另外，本专利技术还提供了磷酸钒锂/石墨烯复合材料在锂离子电池和超级电容器正极材料中的应用。本专利技术提供的，具有如下有益效果:(I)本专利技术提供的磷酸钒锂/石墨烯复合材料的制备方法简单快速，具备低成本性，能耗小，并且工艺简单等特点；(2)本专利技术提供的磷酸钒锂/石墨烯复合材料具备良好的导电性，以及高的机械性能，有较好的功率密度以及寿命，有较高的容量；(3)本专利技术提供的磷酸钒锂/石墨烯复合材料可作为良好的锂离子电池和超级电容器正极材料。【附图说明】图1为本专利技术所得磷酸钒锂/石墨烯复合材料的SEM电镜图片。【具体实施方式】以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。实施例一磷酸钒锂/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤:(I)取3.57g氧化石墨加入到水中，超声分散0.5h，得到氧化石墨烯悬浮液；(2)取18.2g五氧化二钒溶解到草酸溶液中，得到蓝色溶液，向其中加入上述氧化石墨烯悬浮液，搅拌混合均匀，再向混合溶液中加入12.6g氢氧化锂和34.5g磷酸二氢铵，搅拌lh，再在50°C进行干燥，得到干燥的前驱体粉末；(3)将干燥的前驱体粉末在惰性气体氮气保护下，300°C温度下预烧0.5h，冷却，研磨，再置于微波炉中，以600w的功率微波反应5min，得到磷酸钒锂/石墨烯复合材料。本实施例所得磷酸钒锂/石墨烯复合材料，磷酸钒锂的质量分数为95%。图1为本实施例所得磷酸钒锂/石墨烯复合材料的SEM电镜图片。从图1中可以看出，纳米结构的石墨烯分子密密麻麻的包裹在磷酸钒锂表面。将本实施例所得磷酸钒锂/石墨烯复合材料作为正极材料组装成锂离子电池:称取8.5g磷酸钒锂/石墨烯复合材料、0.5g导电剂SP和0.5g PVDF，并加入70g NMP，充分搅拌使之成为混合均匀的浆料。然后将其刮涂于经乙醇清洗过的铝箔上，在0.01MPa的真空下100°C干燥至恒重，并于l(Tl5MP`a压力下辊压制成磷酸钒锂/石墨烯复合材料电极，并切成正极片。锂片作为负极。将正极片、隔膜、负极片按照顺序叠片组装成电芯，再用电池壳体密封电芯，随后往通过注液口往电池壳体里注入lmol/L的LiPF6/碳酸二甲酯电解液，密封注液口，得到锂离子电池。在2.5^4.2V的电压范围内，利用充放电测试仪对本实施例中组装好的锂离子电池进行0.1C和5C充放电测试，第3th的放电比容量分别为132mAh/g、68mAh/g。实施例二磷酸本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磷酸钒锂/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取氧化石墨加入到水中，超声分散后得到氧化石墨烯悬浮液；取五氧化二钒粉末溶于草酸溶液中，再加入所述氧化石墨烯悬浮液，搅拌均匀，随后加入锂源和磷源，搅拌1~5h，加热干燥，得到干燥的前驱体粉末；将所述前驱体粉末在惰性气体保护下，300~500℃温度下预烧0.5~2h，冷却，研磨，再置于微波炉中反应5~60min，得到磷酸钒锂/石墨烯复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种磷酸钒锂/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 取氧化石墨加入到水中，超声分散后得到氧化石墨烯悬浮液； 取五氧化二钒粉末溶于草酸溶液中，再加入所述氧化石墨烯悬浮液，搅拌均匀，随后加入锂源和磷源，搅拌f5h，加热干燥，得到干燥的前驱体粉末； 将所述前驱体粉末在惰性气体保护下，30(T5(KrC温度下预烧0.5~2h，冷却，研磨，再置于微波炉中反应5~60min,得到磷酸f凡锂/石墨烯复合材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声分散的时间为3(Tl80min。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨与所述五氧化二钒的质量比为 0.2~1.6:1。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述草酸溶液的质量浓度为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，钟玲珑，王要兵，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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