一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种动力锂电池材料，具体涉及一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池的性能主要取决于正负极材料，磷酸铁锂是一种新型的锂离子电池正 极材料，其安全性能与循环寿命是其它电池材料无法比拟的，满足了电动车频繁充放电的 需要，而且以磷酸铁锂为正极材料的大容量锂离子电池更易串联使用，可以为电动车提供 更高的动力。另外，磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿 命长等优点，是新一代动力锂离子电池的理想正极材料。
[0003] 磷酸铁锂堆积密度低和导电性差的缺点阻碍了其实际应用。研究者们为了提高导 电性，在材料中掺入导电石墨等碳材料，这又显著降低了材料的堆积密度，掺碳磷酸铁锂的 振实密度一般只有I. 0~I. 2g/cm3,而商品钴酸锂的振实密度一般为2. 0~2. 4g/cm3,如此 低的堆积密度使得磷酸铁锂的体积比容量与钴酸锂相差很多，制成的电池体积较大，很难 应用于实际；另外，掺杂的导电石墨通常为球形，与磷酸铁锂形成点接触，为了形成良好的 通路，掺杂量较大，从而导致磷酸铁锂正极材料的体积较大。
[0004] 理想的石墨烯是一种单原子层的碳材料，工业上可大规模生产的多为1~10个原 子层，通常称之为石墨烯纳米片。以石墨烯纳米片作为磷酸铁锂锂电池正极材料中的导电 材料，可在保证磷酸铁锂正极材料导电性能的同时提高其振实密度，可提高锂电池功率密 度、充放电速度及电容量，为其实际应用奠定基础。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，解决磷酸铁锂正极 材料振实密度低和导电性差的问题，为锂电池性能的进一步提高奠定基础。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0008] 1)制备磷酸铁锂/石墨烯复合材料：
[0009] a.配制锂溶液：将可溶性锂化合物溶于去离子水制成溶液；
[0010] b.制备石墨烯分散液：经超声分散将石墨烯均匀分散于去离子水中；
[0011] c.水热反应：将步骤a和b所得溶液加入磁力搅拌反应釜中，按原子比 Li : Fe : P=I~3.5 : I : 1加入硫酸亚铁盐和磷酸，搅拌后过滤、洗涤和干燥得磷酸 铁锂/石墨烯复合材料；
[0012] 2)复合材料造粒：所述磷酸铁锂/石墨稀复合材料中加入粘结剂，造粒得1~ 10 μ m的微粒；
[0013] 3)制备锂电池正极材料：
[0014] d.于混粉机中混合步骤2)所得复合材料微粒与石墨烯纳米片；
[0015] e.将步骤d所得包覆有石墨烯纳米片的磷酸铁锂/石墨烯复合材料与粘结剂混 合、匀浆及干燥，再于180~220°C下高温真空处理。
[0016] 所述磷酸铁锂电池正极材料的制备方法的第一优选技术方案，所述可溶性锂化合 物为为醋酸锂、乳酸锂、硝酸锂、碳酸锂、柠檬酸锂、氯化锂或草酸锂。
[0017] 所述磷酸铁锂电池正极材料的制备方法的第二优选技术方案，所述水热反应是于 100~200°C下反应至少3h。
[0018] 所述磷酸铁锂电池正极材料的制备方法的第三优选技术方案，步骤c所述溶液中 磷酸铁锂与石墨烯的质量比为100 : 1~1 : 1。
[0019] 所述磷酸铁锂电池正极材料的制备方法的第四优选技术方案，步骤c所述溶液中 磷酸铁锂与石墨烯的质量比为20 : 1。
[0020] 所述磷酸铁锂电池正极材料的制备方法的第五优选技术方案，所述粘结剂为海藻 酸钠、壳聚糖、羟甲基纤维素钠或聚丙烯酸。
[0021] 所述磷酸铁锂电池正极材料的制备方法的第六优选技术方案，步骤2)所述粘结 剂与复合材料中磷酸铁锂的质量比I : 1~1 : 50 ;
[0022] 所述磷酸铁锂电池正极材料的制备方法的第七优选技术方案，步骤d所述复合材 料微粒中磷酸铁锂与石墨稀纳米片的质量比为100 : 1~1 : 1。
[0023] 所述磷酸铁锂电池正极材料的制备方法的第八优选技术方案，步骤d所述复合材 料微粒中磷酸铁锂与石墨稀纳米片的质量比为20 : 1。
[0024] 所述磷酸铁锂电池正极材料的制备方法的第九优选技术方案，步骤e所述粘结剂 与复合材料中磷酸铁锂的质量比I : 1~1 : 50。
[0025] 与最接近的现有技术比，本发明具有如下优点：
[0026] 1)本发明制备的磷酸铁锂/石墨烯复合材料中石墨烯分布均匀与包覆在复合材 料表面的石墨烯可提高正极材料的导电性，提高电池的功率密度、充放电速度及电容量，降 低了导电材料的用量，减小了正极材料的体积，放电比容量高达169. 5mAh · g^lOC倍率 1000次循环后比容量保持率大于92% ;
[0027] 2)本发明方法对磷酸铁锂/石墨烯复合材料采用造粒的制备工艺，在保证正极材 料导电性的同时提高了其振实密度，减小了导电碳材料的体积。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但本发明的保护范围并不 限于以下实施例的内容。
[0029] 实施例1
[0030] -种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0031] 1)磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备
[0032] a.配制锂溶液：将3. 78g氢氧化锂（LiOH · H20,0· 09mol)溶解于200ml去离子水 中配制成氢氧化锂溶液；
[0033] b.制备石墨烯分散液：将0.1 g石墨烯纳米片加入IOml去离子水，超声分散 15min ；
[0034] c.水热反应：将步骤a和b所得溶液加入磁力搅拌反应釜中，搅拌均匀后加入 2. 97g 磷酸（H3PO4,99 %，0· 03mol)和 8. 34g 硫酸亚铁（FeSO4 · 7H20,0· 03mol)，将不锈钢反 应釜内的温度控制在160°C，反应6h，自然冷却至常温后倒出反应液，经过滤、洗涤、干燥后 得到磷酸铁锂/石墨烯复合材料；
[0035] 2)复合材料造粒：将所述磷酸铁锂/石墨稀复合材料加入Ig聚丙稀酸，造粒得 1~10 μ m的微粒；
[0036] 3)锂电池正极材料的制备
[0037] d.将步骤2)所得复合材料微粒与0. 05g石墨烯纳米片于混粉机中混合；
[0038] e.将步骤d所得包覆有石墨稀纳米片的磷酸铁锂/石墨稀复合材料与Ig聚丙稀 酸混合，并加入适量水、搅拌，制成浆料，将其涂抹于铝箱集流体上，待干燥后，进行高温真 空200°C处理，即可作为锂电池电极材料应用。
[0039] 实施例2
[0040] -种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0041] 1)磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备
[0042] a.配制锂溶液：将2. 52g氢氧化锂（LiOH · H20,0· 06mol)溶解于200ml去离子水 中配制成氢氧化锂溶液；
[0043] b.制备石墨烯分散液：将0.05g石墨烯纳米片加入IOml去离子水，超声分散 20min ；
[0044] c.水热反应：将步骤a和b所得溶液加入磁力搅拌反应釜中，搅拌均匀后加入 2. 97g 磷酸（H3PO4,99 %，0· 03mol)和 8. 34g 硫酸亚铁（FeSO4 · 7H20,0· 03mol)，将不锈钢反 应釜内的温度控制在150°C，反应6h，自然冷却至常温后倒出反应液，经过滤、洗涤、干燥后 得到磷酸铁锂/石墨烯复合材料；
[0045] 2)复合材料造粒：将所述磷酸铁锂/石墨稀复合材料加入Ig聚丙稀酸，造粒得 1~10 μ m的微粒；
[0046] 3)锂电池正极材料的制备
[0047] d.将步骤2)所得复合材料微粒与0. 05g石墨烯纳米片于混粉机中混合；
[0048] e.将步骤d所得包覆有石墨稀纳米片的磷酸铁锂/石墨稀复合材料与Ig聚丙稀 酸混合，并加入适量水、搅拌，制成浆料，将其涂抹于铝箱集流体上，待干燥后，进行高温真 空200°C处理，即可作为锂电池电极材料应用。
[0049] 实施例3
[0050] -种磷酸铁锂电池正极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0051] 1)磷酸铁锂/石墨烯复合材料的制备
[0052] a.配制锂溶液：将2. IOg氢氧化锂（LiOH · H20,0. 05mol)溶解于200ml去离子水 中配制成氢氧化锂溶液；
[0053] b.制备石墨烯分散液：将0.05g石墨烯纳米片加入IOml去离子水，超声分散 15min ；
[0054] c.水热反应：将步骤a和b所得溶液加入磁力搅拌反应釜中，搅拌均匀后加入 2. 97g 磷酸（H3PO4,99 %，0· 03mol)和 8. 34g 硫酸亚铁（FeSO4 · 7H20,0· 03mol)，将不锈钢反 应釜内的温度控制在150°C，反应6h，自然冷却至常温后倒出反应液，经过滤、洗涤、干燥后 得到磷酸铁锂/石墨烯复合材料；
[0055] 2)复合材料造粒：将所述磷酸铁锂/石墨稀复合材料加入Ig聚丙稀酸，造粒得 1~10 μ m的微粒；
[0056] 3)锂电池正极材料的制备
[0057] d.将步骤2)所得复合材料微粒与0. 05g石墨烯纳米片于混粉机中混合；
[0058] e.将步骤d所得包覆有石墨稀纳米片的磷酸铁锂/石墨稀复合材料与Ig聚丙稀 酸混合，并加入适量水、搅拌，制成浆料，将其涂抹于铝箱集流体上，待干燥后，进行高温真 空200°C处理，即可作为锂电池电极材料应用。
[0059] 实施例4
[0060] -种磷酸铁锂