一種石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法。該方法將氧化石墨烯懸浮液加入到磷酸鐵鋰前驅(qū)體或預(yù)燒料或燒結(jié)體中，添加少許溶劑進(jìn)行濕法球磨，球磨后干燥研磨處理，置于還原氣氛下燒結(jié)制得石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料。本發(fā)明采用的氧化石墨含有大量的含氧親水基團(tuán)，超聲作用下易分散于水、酒精等溶劑，解決了傳統(tǒng)磷酸鐵鋰制備直接加入石墨烯出現(xiàn)的漂浮、團(tuán)聚和混合不均的問(wèn)題，該方法制得的石墨烯均勻分散于磷酸鐵鋰顆粒間，無(wú)堆積團(tuán)聚，可形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，該方法操作簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著不可再生能源的大量消耗、工業(yè)與汽車尾氣對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染及國(guó)際能源爭(zhēng)奪導(dǎo)致的戰(zhàn)爭(zhēng)，致使可再生環(huán)保型新能源的開(kāi)發(fā)與利用變得越來(lái)越重要了。鋰離子電池由于其具有高比能量、高比功率以及環(huán)境友好等特點(diǎn)，被視為最有效的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)之一，可對(duì)可再生能源風(fēng)能、光能及核能等進(jìn)行儲(chǔ)存用于工業(yè)化生產(chǎn)，汽車動(dòng)能，生活用電等，其應(yīng)用的價(jià)值獲得各國(guó)的高度關(guān)注。
[0004]磷酸鐵鋰材料作為鋰離子動(dòng)力電池的正極材料具有原料來(lái)源豐富、綠色環(huán)保、理論比容量高、長(zhǎng)壽命和安全好等優(yōu)點(diǎn)，使之成為新能源動(dòng)力汽車領(lǐng)域理想的電極材料。但由于磷酸鐵鋰純相是絕緣體，其離子迀移率和電子電導(dǎo)率非常低，從而影響著其本身的電導(dǎo)率。為了解決磷酸鐵鋰這致命的弱點(diǎn)，可對(duì)其進(jìn)行離子摻雜、碳包覆和納米化技術(shù)優(yōu)化磷酸鐵鋰性能，改變磷酸鐵鋰材料的導(dǎo)電率，而常用于磷酸鐵鋰包覆的材料為碳質(zhì)材料。
[0005]石墨烯是由單層碳原子緊密堆積的六方晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料，具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和光學(xué)性能，使其在復(fù)合材料、電子器件及能源儲(chǔ)存等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。2004年，隨著曼徹斯特大學(xué)教授Geim小組采用一種剝離定向熱解石墨的方法首次制得二維石墨稀晶體，并發(fā)現(xiàn)該石墨烯晶體能夠獨(dú)立穩(wěn)定存在于常態(tài)，石墨烯便漸漸成為科學(xué)界研究的熱點(diǎn)材料之一。石墨稀碳原子以Sp2雜化，比無(wú)序的Sp3雜化的碳材料表現(xiàn)出更加優(yōu)異的導(dǎo)電性，目前已有大量的石墨烯包覆磷酸鐵鋰材料的研究(201210039290.1)，但只是將石墨烯加入磷酸鐵鋰或磷酸鐵鋰前驅(qū)體進(jìn)行混合，并沒(méi)有考慮混合過(guò)程中石墨烯團(tuán)聚的問(wèn)題，且顆粒間形成的導(dǎo)電碳質(zhì)材料分散缺乏均一性，影響著材料的導(dǎo)電性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法。
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將氧化石墨超聲分散于溶劑去離子水或酒精溶液或N-甲基吡咯烷酮的至少一種中，制得氧化石墨稀懸浮液；
(2)將氧化石墨烯懸浮液添加至磷酸鐵鋰前驅(qū)體或磷酸鐵鋰預(yù)燒料或磷酸鐵鋰燒結(jié)體至少一種中，進(jìn)行濕法球磨，球磨后干燥研磨處理獲得氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料；
(3)將氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料置于還原性氣氛條件下煅燒，即可制得石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料。
[0008]—種石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，步驟(I)中制得氧化石墨烯懸浮液固含量 5%-10%。
[0009]—種石墨烯磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，所述將氧化石墨烯懸浮液添加至磷酸鐵鋰前驅(qū)體或磷酸鐵鋰預(yù)燒料或磷酸鐵鋰燒結(jié)體至少一種中，再添加少許溶劑去離子水或酒精溶液或N-甲基吡咯烷酮的至少一種，控制固含量為60%_70%。
[0010]一種石墨烯磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，所述濕法球磨為40Hz球磨，球磨時(shí)間不少于4h。
[0011]一種石墨烯磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，所述步驟(3)中磷酸鐵鋰預(yù)燒料為前驅(qū)體材料于400 0C -500 0C煅燒4-6h獲得，燒結(jié)體為磷酸鐵鋰前驅(qū)體于750 V -800 V煅燒10-14h獲得。
[0012]一種石墨烯磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，步驟(3)中還原性氣氛為氫氣或氮?dú)饣虻獨(dú)馀c氫氣的混合氣體。
[0013]本發(fā)明是一種石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，即將氧化石墨烯懸浮液加入到磷酸鐵鋰前驅(qū)體或預(yù)燒料或燒結(jié)體中，添加少許溶劑進(jìn)行濕法球磨，球磨后干燥研磨處理，置于還原氣氛下燒結(jié)制得石墨烯均勻分散的磷酸鐵鋰復(fù)合材料。
[0014]本發(fā)明采用了氧化石墨含有大量的含氧親水基團(tuán)，超聲作用下易分散于水、酒精等溶劑，解決了傳統(tǒng)磷酸鐵鋰制備直接加入石墨烯出現(xiàn)的漂浮、團(tuán)聚和混合不均的問(wèn)題，參見(jiàn)附圖1、2所示，由于采用了不同的方法，通過(guò)本發(fā)明方法制備的石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料SEM圖和現(xiàn)有方法制備的石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料SEM圖對(duì)比可知，本發(fā)明方法石墨烯均勻分散于磷酸鐵鋰顆粒間，無(wú)堆積團(tuán)聚和混合不均的現(xiàn)象，并可形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明技術(shù)方案所制備石墨烯磷酸鐵鋰復(fù)合材料SEM圖；
圖2為現(xiàn)有技術(shù)方案所制備石墨烯磷酸鐵鋰復(fù)合材料SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
1、將氧化石墨超聲均勻分散于去離子水中，制得固含量為5%的氧化石墨烯懸浮液；
2、將氧化石墨烯懸浮液加入至磷酸鐵鋰前驅(qū)體中，控制氧化石墨烯加入量為溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%，添加去離子水，調(diào)整固含量為70%進(jìn)行濕法球磨，40Hz球磨4h，置于100 °C真空干燥24h，研磨處理獲得氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料；
3、將氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料置于氫氣氣氛下750°C煅燒12h制得石墨烯均勻分散的磷酸鐵鋰復(fù)合材料。
[0017]實(shí)施例2
1、將氧化石墨超聲均勻分散于酒精中，制得固含量為5%的氧化石墨烯懸浮液；
2、將氧化石墨烯懸浮液加入至磷酸鐵鋰前驅(qū)體中，控制氧化石墨烯加入量為溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%，添加酒精，調(diào)整固含量為70%進(jìn)行濕法球磨，40Hz球磨4h，置于100°C真空干燥24h，研磨處理獲得氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料；
3、將氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料置于氫氣氣氛下750°C煅燒12h制得石墨烯均勻分散的磷酸鐵鋰復(fù)合材料。
[0018]實(shí)施例3
1、將氧化石墨超聲均勻分散于酒精中，制得固含量為10%的氧化石墨烯懸浮液；
2、將氧化石墨烯懸浮液加入至磷酸鐵鋰前驅(qū)體中，控制氧化石墨烯加入量為溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.5%，添加酒精，調(diào)整固含量為60%進(jìn)行濕法球磨，40Hz球磨4h，置于100 °C真空干燥24h，研磨處理獲得氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料；
3、將氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料置于氫氣氣氛下750°C煅燒12h制得石墨烯均勻分散的磷酸鐵鋰復(fù)合材料。
[0019]實(shí)施例4
1、將氧化石墨超聲均勻分散于去離子水中，制得固含量為10%的氧化石墨烯懸浮液；
2、將氧化石墨烯懸浮液加入至磷酸鐵鋰前驅(qū)體中，控制氧化石墨烯加入量為溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5%，添加去離子水，調(diào)整固含量為70%進(jìn)行濕法球磨，40Hz球磨4h，置于100 °C真空干燥24h，研磨處理獲得氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料；
3、將氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料置于氫氣氣氛下750°C煅燒12h制得石墨烯均勻分散的磷酸鐵鋰復(fù)合材料；
實(shí)施例5
1、將氧化石墨超聲均勻分散于酒精中，制得固含量為5%的氧化石墨烯懸浮液；
2、將氧化石墨烯懸浮液加入至磷酸鐵鋰預(yù)燒料中，控制氧化石墨烯加入量為溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%，添加酒精，調(diào)整固含量為70%進(jìn)行濕法球磨，40Hz球磨4h，置于100°C真空干燥24h，研磨處理獲得氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料；
3、將氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料置于氫氣和氮?dú)饣旌蠚夥障?氫氣所占體積比為90%) 750 0C煅燒12h制得石墨烯均勻分散的磷酸鐵鋰復(fù)合材料。
[0020]實(shí)施例6
1、將氧化石墨超聲均勻分散于N-甲基吡咯烷酮中，制得固含量為5%的氧化石墨烯懸浮液；
2、將氧化石墨烯懸浮液加入至磷酸鐵鋰燒結(jié)料中，控制氧化石墨烯加入量為溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%，添加酒精，調(diào)整固含量為70%進(jìn)行濕法球磨，40Hz球磨4h，置于100°C真空干燥24h，研磨處理獲得氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料；
3、將氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料置于氫氣和氮?dú)饣旌蠚夥障?氫氣所占體積比為90%)750°C煅燒2h制得石墨烯均勻分散的磷酸鐵鋰復(fù)合材料。
[0021 ] 實(shí)施例7
1、將氧化石墨超聲均勻分散于N-甲基吡咯烷酮中，制得固含量為5%的氧化石墨烯懸浮液；
2、將氧化石墨烯懸浮液加入至磷酸鐵鋰燒結(jié)料中，控制氧化石墨烯加入量為溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%，添加酒精，調(diào)整固含量為70%進(jìn)行濕法球磨，40Hz球磨4h，置于100°C真空干燥24h，研磨處理獲得氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料；
3、將氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料置于氫氣和氮?dú)饣旌蠚夥障?氫氣所占體積比為90%)750°C煅燒6h制得石墨烯均勻分散的磷酸鐵鋰復(fù)合材料。
[0022]以上所述的本發(fā)明實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將氧化石墨超聲分散于溶劑去離子水或酒精溶液或N-甲基吡咯烷酮的至少一種中，制得氧化石墨稀懸浮液； (2)將氧化石墨烯懸浮液添加至磷酸鐵鋰前驅(qū)體或磷酸鐵鋰預(yù)燒料或磷酸鐵鋰燒結(jié)體至少一種中，進(jìn)行濕法球磨，球磨后干燥研磨處理獲得氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料； (3)將氧化石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料置于還原性氣氛條件下煅燒，即可制得石墨烯/磷酸鐵鋰復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中制得氧化石墨烯懸浮液固含量5%-10%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述將氧化石墨烯懸浮液添加至磷酸鐵鋰前驅(qū)體或磷酸鐵鋰預(yù)燒料或磷酸鐵鋰燒結(jié)體至少一種中，再添加少許溶劑去離子水或酒精溶液或N-甲基吡咯烷酮的至少一種，控制固含量為60%-70%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述濕法球磨為40Hz球磨，球磨時(shí)間不少于4h。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中磷酸鐵鋰預(yù)燒料為前驅(qū)體材料于400 0C -500 0C煅燒4-6h獲得，燒結(jié)體為磷酸鐵鋰前驅(qū)體于750 V -800 V煅燒10-14h獲得。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)中還原性氣氛為氫氣或氮?dú)馀c氫氣的混合氣體。
【文檔編號(hào)】H01M4/62GK105932255SQ201610418446
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】汪偉偉, 楊茂萍, 彭家興, 戴敏
【申請(qǐng)人】合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司