[发明专利]石墨烯/磷酸铁锂复合正极材料及其制备方法以及锂离子二次电池

权利要求书

1.一种石墨烯/磷酸铁锂复合正极活性材料，其特征在于所述正极活性材料为石墨烯或氧化石墨烯复合的磷酸铁锂材料，其中石墨烯与磷酸铁锂的质量比为1/100～1/10，氧化石墨烯与磷酸铁锂的质量比为1/50～1/5。

2.一种石墨烯/磷酸铁锂复合正极活性材料的制备方法，其特征在于步骤为：将含锂、含铁、含磷的前驱体与石墨烯或氧化石墨烯按一定比例通过固相或液相的方式均匀混合，然后通过干燥得到石墨烯复合的磷酸铁锂材料，再通过高温退火处理得到石墨烯复合的磷酸铁锂正极活性材料，其中所述的含锂、含铁和含磷的前驱体按Li∶Fe∶P＝1.00∶0.95～1.05∶0.95～1.05的摩尔比配比；石墨烯与磷酸铁锂的质量比为1/100～1/10，氧化石墨烯与磷酸铁锂的质量比为1/50～1/5。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的石墨烯为单原子层或层数少于5层的石墨，石墨烯是通过化学剥离或机械剥离方法制备，所述氧化石墨烯为石墨烯的氧化物，其中氧与碳的原子比为1∶5～1∶1。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的含铁前驱体为铁、氧化亚铁、三氧化二铁、硫酸亚铁、磷酸铁、硝酸亚铁、磷酸亚铁、草酸亚铁、醋酸亚铁、柠檬酸亚铁中的一种或几种的组合；所述的含磷前驱体为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢锂、磷酸亚铁铵、五氧化二磷中的一种或几种的组合；所述的含锂前驱体为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、硝酸锂、磷酸二氢锂、磷酸锂中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的干燥手段为喷雾干燥、真空抽滤干燥或直接加热干燥，所述的混合为固相或液相的机械混合。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的退火的温度为400～700℃，退火时间为4～20小时。

7.一种高性能锂离子二次电池，包括正极片、负极片、位于正极片与负极片之间的隔膜和非水电解液，其特征在于：所述的正极片由涂布于正极集流体上的一层正极活性材料构成，正极活性材料为石墨烯或氧化石墨烯复合的磷酸铁锂材料，其中石墨烯与磷酸铁锂的质量比为1/100～1/10，氧化石墨烯与磷酸铁锂的质量比为1/50～1/5。

8.根据权利要求7所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述负极活性材料为金属锂、碳材料或者能与锂形成合金的材料，其中，所述碳材料为石墨、热解碳、焦炭、碳纤维或者高温烧结的有机高分子化合物。

9.根据权利要求8所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述的能与锂形成合金的材料为金属元素Mg、B、Al、Ga、In、Si、Sn、Pb、Sb、Bi、Cd、Ag、Zn、Hf、Zr或者Y，含Si和Sn的合金SiB₄、SiB₆、Mg₂Si、Mg₂Sn、Ni₂Si、TiSi₂、MoSi₂、CoSi₂、NiSi₂、CaSi₂、CrSi₂、Cu₅Si、FeSi₂、MnSi₂、NbSi₂、TaSi₂、VSi₂、WSi₂或者ZnSi₂；或者其他活性材料SiC、Si₃N₄、Si₂N₂O、Ge₂N₂O或者SiO_x，0＜x≤2、SnO_x，0＜x≤2；LiSiO或者LiSnO。

10.根据权利要求7所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述非水电解液由非水溶剂和电解质构成，其中，所述的非水溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二丙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、γ丁内酯、环丁砜、甲基环丁砜、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、甲基丙酸、甲基丁酸、乙腈、丙腈、苯甲醚、醋酸酯、乳酸酯和丙酸酯中的一种或几种的混合物；所述电解质为含锂的盐LiCl、LiBr、LiPF₆、LiClO₄、LiAsF₆、LiBF₄、LiCH₃SO₃、LiCF₃SO₃、LiN(CF₃SO₂)₂或LiB(C₆H₅)₄。