一种石墨烯/磷酸铁锂复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯/磷酸铁锂复合材料的制备方法。该方法将氧化石墨烯悬浮液加入到磷酸铁锂前驱体或预烧料或烧结体中，添加少许溶剂进行湿法球磨，球磨后干燥研磨处理，置于还原气氛下烧结制得石墨烯/磷酸铁锂复合材料。本发明采用的氧化石墨含有大量的含氧亲水基团，超声作用下易分散于水、酒精等溶剂，解决了传统磷酸铁锂制备直接加入石墨烯出现的漂浮、团聚和混合不均的问题，该方法制得的石墨烯均匀分散于磷酸铁锂颗粒间，无堆积团聚，可形成良好的导电网络，该方法操作简单,易于实现大规模工业化生产。
【专利说明】一种石墨烯/磷酸铁锂复合材料的制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种石墨烯/磷酸铁锂复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0003]随着不可再生能源的大量消耗、工业与汽车尾气对环境的严重污染及国际能源争夺导致的战争，致使可再生环保型新能源的开发与利用变得越来越重要了。锂离子电池由于其具有高比能量、高比功率以及环境友好等特点，被视为最有效的电化学储能系统之一，可对可再生能源风能、光能及核能等进行储存用于工业化生产，汽车动能，生活用电等，其应用的价值获得各国的高度关注。
[0004]磷酸铁锂材料作为锂离子动力电池的正极材料具有原料来源丰富、绿色环保、理论比容量高、长寿命和安全好等优点，使之成为新能源动力汽车领域理想的电极材料。但由于磷酸铁锂纯相是绝缘体，其离子迀移率和电子电导率非常低，从而影响着其本身的电导率。为了解决磷酸铁锂这致命的弱点，可对其进行离子掺杂、碳包覆和纳米化技术优化磷酸铁锂性能，改变磷酸铁锂材料的导电率，而常用于磷酸铁锂包覆的材料为碳质材料。
[0005]石墨烯是由单层碳原子紧密堆积的六方晶格结构的碳质材料，具有优异的电学、力学和光学性能，使其在复合材料、电子器件及能源储存等领域获得广泛的应用。2004年，随着曼彻斯特大学教授Geim小组采用一种剥离定向热解石墨的方法首次制得二维石墨稀晶体，并发现该石墨烯晶体能够独立稳定存在于常态，石墨烯便渐渐成为科学界研究的热点材料之一。石墨稀碳原子以Sp2杂化，比无序的Sp3杂化的碳材料表现出更加优异的导电性，目前已有大量的石墨烯包覆磷酸铁锂材料的研究(201210039290.1)，但只是将石墨烯加入磷酸铁锂或磷酸铁锂前驱体进行混合，并没有考虑混合过程中石墨烯团聚的问题，且颗粒间形成的导电碳质材料分散缺乏均一性，影响着材料的导电性能。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种石墨烯/磷酸铁锂复合材料的制备方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，石墨烯/磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)将氧化石墨超声分散于溶剂去离子水或酒精溶液或N-甲基吡咯烷酮的至少一种中，制得氧化石墨稀悬浮液；
(2)将氧化石墨烯悬浮液添加至磷酸铁锂前驱体或磷酸铁锂预烧料或磷酸铁锂烧结体至少一种中，进行湿法球磨，球磨后干燥研磨处理获得氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料；
(3)将氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料置于还原性气氛条件下煅烧，即可制得石墨烯/磷酸铁锂复合材料。
[0008]—种石墨烯/磷酸铁锂复合材料的制备方法，步骤(I)中制得氧化石墨烯悬浮液固含量 5%-10%。
[0009]—种石墨烯磷酸铁锂复合材料的制备方法，所述将氧化石墨烯悬浮液添加至磷酸铁锂前驱体或磷酸铁锂预烧料或磷酸铁锂烧结体至少一种中，再添加少许溶剂去离子水或酒精溶液或N-甲基吡咯烷酮的至少一种，控制固含量为60%_70%。
[0010]一种石墨烯磷酸铁锂复合材料的制备方法，所述湿法球磨为40Hz球磨，球磨时间不少于4h。
[0011]一种石墨烯磷酸铁锂复合材料的制备方法，所述步骤(3)中磷酸铁锂预烧料为前驱体材料于400 0C -500 0C煅烧4-6h获得，烧结体为磷酸铁锂前驱体于750 V -800 V煅烧10-14h获得。
[0012]一种石墨烯磷酸铁锂复合材料的制备方法，步骤(3)中还原性气氛为氢气或氮气或氮气与氢气的混合气体。
[0013]本发明是一种石墨烯/磷酸铁锂复合材料的制备方法，即将氧化石墨烯悬浮液加入到磷酸铁锂前驱体或预烧料或烧结体中，添加少许溶剂进行湿法球磨，球磨后干燥研磨处理，置于还原气氛下烧结制得石墨烯均匀分散的磷酸铁锂复合材料。
[0014]本发明采用了氧化石墨含有大量的含氧亲水基团，超声作用下易分散于水、酒精等溶剂，解决了传统磷酸铁锂制备直接加入石墨烯出现的漂浮、团聚和混合不均的问题，参见附图1、2所示，由于采用了不同的方法，通过本发明方法制备的石墨烯/磷酸铁锂复合材料SEM图和现有方法制备的石墨烯/磷酸铁锂复合材料SEM图对比可知，本发明方法石墨烯均匀分散于磷酸铁锂颗粒间，无堆积团聚和混合不均的现象，并可形成良好的导电网络。
【附图说明】
[0015]图1为本发明技术方案所制备石墨烯磷酸铁锂复合材料SEM图；
图2为现有技术方案所制备石墨烯磷酸铁锂复合材料SEM图。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
1、将氧化石墨超声均匀分散于去离子水中，制得固含量为5%的氧化石墨烯悬浮液；
2、将氧化石墨烯悬浮液加入至磷酸铁锂前驱体中，控制氧化石墨烯加入量为溶质质量分数的1%，添加去离子水，调整固含量为70%进行湿法球磨，40Hz球磨4h，置于100 °C真空干燥24h，研磨处理获得氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料；
3、将氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料置于氢气气氛下750°C煅烧12h制得石墨烯均匀分散的磷酸铁锂复合材料。
[0017]实施例2
1、将氧化石墨超声均匀分散于酒精中，制得固含量为5%的氧化石墨烯悬浮液；
2、将氧化石墨烯悬浮液加入至磷酸铁锂前驱体中，控制氧化石墨烯加入量为溶质质量分数的1%，添加酒精，调整固含量为70%进行湿法球磨，40Hz球磨4h，置于100°C真空干燥24h，研磨处理获得氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料；
3、将氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料置于氢气气氛下750°C煅烧12h制得石墨烯均匀分散的磷酸铁锂复合材料。
[0018]实施例3
1、将氧化石墨超声均匀分散于酒精中，制得固含量为10%的氧化石墨烯悬浮液；
2、将氧化石墨烯悬浮液加入至磷酸铁锂前驱体中，控制氧化石墨烯加入量为溶质质量分数的0.5%，添加酒精，调整固含量为60%进行湿法球磨，40Hz球磨4h，置于100 °C真空干燥24h，研磨处理获得氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料；
3、将氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料置于氢气气氛下750°C煅烧12h制得石墨烯均匀分散的磷酸铁锂复合材料。
[0019]实施例4
1、将氧化石墨超声均匀分散于去离子水中，制得固含量为10%的氧化石墨烯悬浮液；
2、将氧化石墨烯悬浮液加入至磷酸铁锂前驱体中，控制氧化石墨烯加入量为溶质质量分数的5%，添加去离子水，调整固含量为70%进行湿法球磨，40Hz球磨4h，置于100 °C真空干燥24h，研磨处理获得氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料；
3、将氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料置于氢气气氛下750°C煅烧12h制得石墨烯均匀分散的磷酸铁锂复合材料；
实施例5
1、将氧化石墨超声均匀分散于酒精中，制得固含量为5%的氧化石墨烯悬浮液；
2、将氧化石墨烯悬浮液加入至磷酸铁锂预烧料中，控制氧化石墨烯加入量为溶质质量分数的1%，添加酒精，调整固含量为70%进行湿法球磨，40Hz球磨4h，置于100°C真空干燥24h，研磨处理获得氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料；
3、将氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料置于氢气和氮气混合气氛下(氢气所占体积比为90%) 750 0C煅烧12h制得石墨烯均匀分散的磷酸铁锂复合材料。
[0020]实施例6
1、将氧化石墨超声均匀分散于N-甲基吡咯烷酮中，制得固含量为5%的氧化石墨烯悬浮液；
2、将氧化石墨烯悬浮液加入至磷酸铁锂烧结料中，控制氧化石墨烯加入量为溶质质量分数的1%，添加酒精，调整固含量为70%进行湿法球磨，40Hz球磨4h，置于100°C真空干燥24h，研磨处理获得氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料；
3、将氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料置于氢气和氮气混合气氛下(氢气所占体积比为90%)750°C煅烧2h制得石墨烯均匀分散的磷酸铁锂复合材料。
[0021 ] 实施例7
1、将氧化石墨超声均匀分散于N-甲基吡咯烷酮中，制得固含量为5%的氧化石墨烯悬浮液；
2、将氧化石墨烯悬浮液加入至磷酸铁锂烧结料中，控制氧化石墨烯加入量为溶质质量分数的1%，添加酒精，调整固含量为70%进行湿法球磨，40Hz球磨4h，置于100°C真空干燥24h，研磨处理获得氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料；
3、将氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料置于氢气和氮气混合气氛下(氢气所占体积比为90%)750°C煅烧6h制得石墨烯均匀分散的磷酸铁锂复合材料。
[0022]以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.一种石墨烯/磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)将氧化石墨超声分散于溶剂去离子水或酒精溶液或N-甲基吡咯烷酮的至少一种中，制得氧化石墨稀悬浮液； (2)将氧化石墨烯悬浮液添加至磷酸铁锂前驱体或磷酸铁锂预烧料或磷酸铁锂烧结体至少一种中，进行湿法球磨，球磨后干燥研磨处理获得氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料； (3)将氧化石墨烯/磷酸铁锂复合材料置于还原性气氛条件下煅烧，即可制得石墨烯/磷酸铁锂复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中制得氧化石墨烯悬浮液固含量5%-10%。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述将氧化石墨烯悬浮液添加至磷酸铁锂前驱体或磷酸铁锂预烧料或磷酸铁锂烧结体至少一种中，再添加少许溶剂去离子水或酒精溶液或N-甲基吡咯烷酮的至少一种，控制固含量为60%-70%。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述湿法球磨为40Hz球磨，球磨时间不少于4h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中磷酸铁锂预烧料为前驱体材料于400 0C -500 0C煅烧4-6h获得，烧结体为磷酸铁锂前驱体于750 V -800 V煅烧10-14h获得。6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于:步骤(3)中还原性气氛为氢气或氮气与氢气的混合气体。
【文档编号】H01M4/62GK105932255SQ201610418446
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】汪伟伟, 杨茂萍, 彭家兴, 戴敏
【申请人】合肥国轩高科动力能源有限公司