本发明涉及一种复合材料，特别涉及一种含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，属于锂电池技术领域，特别是锂电池阳极材料。
背景技术
英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，并因此共得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯从诞生之初一直带有超强的光环效应，主要是因为具有优异的光学、电学、力学特性，被认为是一种未来革命性的材料。
科学研究表明石墨烯(graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，石墨烯的独特理化性质使得其在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。石墨烯的电子迁移率高达15000cm2/(vs)，是一种理想的导电材料。
锂电池(lithiumbattery)是一种以锂金属或锂合金为阳极材料，使用非水电解质溶液的一次电池，与可充电锂离子电池是不一样的。锂电池具有产品循环寿命长，高温、低温循环性能优异，电池组工作稳定，容量保持高的优点，可以工作在-20℃～55℃宽范围宽温度区间。
现在越来越多的电子产品需要用到锂离子电池，例如笔记本电脑、手机、平板电脑、无线耳机、电动汽车等，不同的产品对于锂离子电池的性能要求不同，尤其以电动汽车对于锂电池的功率、储能密度等提出非常高的要求。
现有的锂离子电池性能通常受限于阳极材料的性能表现，例如磷酸铁锂电池的阳极材料磷酸铁锂由于导电性能较差，通常需要添加一定量的石墨进行改性。但添加石墨通常也会导致阳极材料的能量密度降低。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的锂离子电池阳极材料导电性能不佳的问题，提供一种含有石墨烯的锂离子电池阳极材料。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，包括重量百分比的以下成分制成：
石墨烯0.4-1％，腐殖酸0.1-0.2％，石墨0.5-1.2％，磷酸铁锂余量。
本发明阳极材料是磷酸铁锂和石墨、石墨烯进行复合作为活性增强材料，石墨可以形成良好的导电通路，同时添加应用部分石墨烯作为替代，由于石墨烯的超级电学性能，可以进一步提高阳极材料的综合导电性能。并且石墨烯和腐殖酸进行混合，实现充分分散作用，使得石墨烯纳米级增强效应均匀促进，达到最优综合性能。
进一步，所述含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，包括重量百分比的以下成分制成：石墨烯0.4-0.8％，腐殖酸0.1-0.18％，石墨0.6-1.2％，磷酸铁锂余量。
进一步，所述含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，包括重量百分比的以下成分制成：石墨烯0.4-0.6％，腐殖酸0.1-0.15％，石墨0.7-1.2％，磷酸铁锂余量。石墨烯的添加用量可以一定程度优化调整，主要以石墨为主要功效成分，石墨烯作为补充增强。
进一步，所述含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，其中，石墨烯和腐殖酸预先进行复合处理，然后以混合物的形式添加应用于阳极材料当中。
进一步，石墨烯和腐殖酸通过以下方法进行复合处理：将腐殖酸用1-5倍重量的乙醇浸泡，搅拌5-20min，然后过滤除去溶液；重新加入2-10倍的乙醇，加入石墨烯，以2000r/min以上的转速搅拌10-30min，减压浓缩至干，得到石墨烯和腐殖酸混合物。
在此过程中，腐殖酸先用乙醇浸泡搅拌洗涤，除去杂质成分，一般腐殖酸中含有一定量的杂质，利用乙醇洗涤可以很好的除去这一部分杂质成分。然后加入石墨烯进行复合处理复合，确保结合到石墨烯表面促进其分散的成分都是保留下的大分子腐殖酸成分，更好的保持石墨烯的增强性能作用，避免杂质成分对于性质的不利影响。
优选地，腐殖酸先用1-5倍重量的20-60v％乙醇进行浸泡，搅拌洗涤。
优选地，重新加入2-10倍重量的80v％以上的乙醇。选用高纯度乙醇作为石墨烯和腐殖酸复合的溶剂，减少水分含量，对于石墨烯的分散复合效果更好，而且处理完成以后溶剂更加容易减压蒸发回收。
进一步，加入石墨烯以后，搅拌转速大于3000r/min。高速搅拌更有利于石墨烯和腐殖酸的充分复合作用。
优选地，加入石墨烯以后，搅拌转速大于5000r/min。
进一步，所述含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，制备方法如下：将石墨烯和腐殖酸混合物、石墨、磷酸铁锂按照比例混合，在氮气保护条件下，500-600℃烧结20分钟，得到阳极材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明的阳极材料采用石墨烯作为辅助增强相，使得磷酸铁锂的导电性能大幅度提升，锂离子的传递活性提高，阳极材料的综合电学性能大幅度改善，可以提供更高倍率充放电性能。
2、本发明阳极材料同时添加石墨烯和腐殖酸进行混合，实现充分分散作用，使得石墨烯纳米级增强效应均匀促进，达到最优综合增强活性，在现有磷酸铁锂阳极材料石墨增强导电的基础上更进一步提升性能。
3、本发明阳极材料由于添加应用部分石墨烯作为替代石墨，使得阳极添加石墨的用量减少，两者石墨和石墨烯的总重量占比更低，有效阳极材料占比提高，可以提升磷酸铁锂阳极材料的电容量。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
<实施例1>
含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，包括重量百分比的以下成分制成：石墨烯1％，腐殖酸0.2％，石墨0.5％，磷酸铁锂余量。
<实施例2>
含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，包括重量百分比的以下成分制成：石墨烯0.4％，腐殖酸0.1％，石墨1.2％，磷酸铁锂余量。
<实施例3>
含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，包括重量百分比的以下成分制成：石墨烯0.6％，腐殖酸0.15％，石墨1％，磷酸铁锂余量。
<实施例4>
含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，包括重量百分比的以下成分制成：石墨烯0.8％，腐殖酸0.12％，石墨1％，磷酸铁锂余量。
制备方法如下：将腐殖酸用2倍重量的30v％乙醇浸泡，搅拌10min，然后过滤除去溶液；重新加入5倍的80％乙醇，加入石墨烯，以2000r/min搅拌20min，减压浓缩至干，得到石墨烯和腐殖酸混合物。最后，将石墨烯和腐殖酸混合物、石墨、磷酸铁锂按照比例混合，在5倍重量的水中，充分搅拌均匀，90℃喷雾干燥。喷雾干燥产物在氮气保护条件下，550℃烧结20分钟，得到阳极材料。
<实施例5>
含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，包括重量百分比的以下成分制成：石墨烯0.6％，腐殖酸0.12％，石墨1％，磷酸铁锂余量。
制备方法如下：将腐殖酸用2倍重量的30v％乙醇浸泡，搅拌10min，然后过滤除去溶液；重新加入5倍的80％乙醇，加入石墨烯，以2000r/min搅拌20min，减压浓缩至干，得到石墨烯和腐殖酸混合物。最后，将石墨烯和腐殖酸混合物、石墨、磷酸铁锂按照比例混合，在5倍重量的水中，充分搅拌均匀，90℃喷雾干燥。喷雾干燥产物在氮气保护条件下，550℃烧结20分钟，得到阳极材料。
<实施例6>
含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，包括重量百分比的以下成分制成：石墨烯0.5％，腐殖酸0.11％，石墨1％，磷酸铁锂余量。
制备方法如下：将腐殖酸用2倍重量的30v％乙醇浸泡，搅拌10min，然后过滤除去溶液；重新加入5倍的80％乙醇，加入石墨烯，以3000r/min搅拌20min，减压浓缩至干，得到石墨烯和腐殖酸混合物。最后，将石墨烯和腐殖酸混合物、石墨、磷酸铁锂按照比例混合，在5倍重量的水中，充分搅拌均匀，90℃喷雾干燥。喷雾干燥产物在氮气保护条件下，550℃烧结20分钟，得到阳极材料。
<实施例7>
含有石墨烯的锂离子电池阳极材料，包括重量百分比的以下成分制成：石墨烯0.5％，腐殖酸0.11％，石墨1％，磷酸铁锂余量。
制备方法如下：将腐殖酸用2倍重量的30v％乙醇浸泡，搅拌10min，然后过滤除去溶液；重新加入5倍的80％乙醇，加入石墨烯，以5000r/min搅拌20min，减压浓缩至干，得到石墨烯和腐殖酸混合物。最后，将石墨烯和腐殖酸混合物、石墨、磷酸铁锂按照比例混合，在5倍重量的水中，充分搅拌均匀，90℃喷雾干燥。喷雾干燥产物在氮气保护条件下，550℃烧结20分钟，得到阳极材料。
<对比例1>
取磷酸铁锂98％、石墨烯1％、石墨1％。将磷酸铁锂、石墨、石墨烯加入5倍水中，充分搅拌均匀，90℃喷雾干燥，喷雾干燥产物于550℃氮气保护条件下，焙烧8h，得到磷酸铁锂复合材料。
<对比例2>
取磷酸铁锂98％、石墨2％。将磷酸铁锂和石墨烯加入5倍水中，充分搅拌均匀，90℃喷雾干燥，喷雾干燥产物于550℃氮气保护条件下，焙烧8h，得到磷酸铁锂复合材料。
测试
将上述实施例和对比例所得阳极材料，制备成cr2032规格的纽扣电池，对其进行充放电测试。在室温25℃的条件下，将cr2032纽扣电池以0.2c充电，0.2c、2c、5c、10c、20c、50c进行放电，记录相应的放电容量。结果如下所示。
表1测试结果
测试结果显示采用本发明石墨烯增强的阳极材料放电倍率得到大幅度改善，相比于未采用石墨烯的情况，高倍率放电容量更高，表明相应的阳极材料更加适用于制备高功率型动力电池产品。其中添加应用的腐殖酸对于石墨烯在阳极材料中性能增强具有良好的促进作用，如果缺少了石墨烯预处理则相应的改性效果不佳，甚至相比于同样重量的石墨添加调整阳极材料的放电容量相差无几。所以，本发明阳极材料能够更好的发挥石墨烯增强促进作用，对于动力性电池的大倍率放电具有很好的增强促进作用。