[发明专利]三明治结构的石墨烯/磷酸铁锂复合材料及其制备方法

权利要求书

1. 一种三明治结构的石墨烯/磷酸铁锂复合材料，其特征在于：该复合材料中石墨烯层片被磷酸铁锂外壳完全包裹后形成的块状颗粒，颗粒内部是一层磷酸铁锂/一层石墨烯的多层堆叠的三明治结构。

2. 一种用于权利要求1所述的三明治结构的石墨烯/磷酸铁锂复合材料的制备方法，其特征在于该方法具有以下步骤：

液相法合成三明治结构的石墨烯/磷酸铁前驱体

a. 称取一定量的过硫酸钾和五氧化二磷，溶解于浓硫酸中，过硫酸钾和五氧化二磷相对于浓硫酸的比例均为0.2 g/mL；80℃保温若干小时后，将适量的天然石墨粉加入上述溶液，天然石墨粉与过硫酸钾的质量比为1:1～2:1；冷却至室温，用去离子水稀释后静置过夜；过滤浮去残留酸后真空干燥；

b. 将上述产物溶解于浓硫酸中，在冰浴条件下加入高锰酸钾，高锰酸钾与上述产物的质量比为2:1～4:1；35℃恒温搅拌若干小时，再用去离子水稀释静置；取适量30wt%H₂O₂加入上述溶液；过滤后先用体积比为1：10的HCl溶液洗涤，再用去离子水洗涤；

c. 将上述溶液加去离子水稀释，先后加入一定量的水溶性亚铁盐及水溶性含磷化合物；水溶性亚铁盐及水溶性含磷化合物按各自所含的Fe²⁺与PO₄^3-的摩尔比为1:1配料，浓度均为反应体系的0.01～0.1 mol/L；上述溶液与水溶性亚铁盐所含的Fe²⁺的比例为10～30 L/mol；溶解后加入适量的30wt%H₂O₂，室温下搅拌若干小时，离心并用去离子水清洗若干次，所得膏状物置于鼓风烘箱内，80℃干燥若干小时；

d. 将干燥后的材料研磨成粉状，置于管式炉中，在通惰性气体保护的条件下，200～800℃退火4～6小时后自然冷却，得到去除结晶水的具有三明治结构的石墨烯/磷酸铁复合材料前驱体；

石墨烯/磷酸铁前驱体嵌锂合成三明治结构的石墨烯/磷酸铁锂

e. 取一定量的碘化锂溶于适量的乙腈中，再加入相应量退火后的石墨烯/磷酸铁前驱体；碘化锂与石墨烯/磷酸铁复合材料的质量比为2:1～4:1，LiI在乙腈中的浓度为0.2～1.0 mol/L；室温下搅拌10～24小时，离心并用乙腈清洗若干次，所得沉淀置于真空干燥箱内，60～200℃干燥若干小时；

f. 将上述干燥所得材料置于管式炉中，在惰性气体或还原气氛下，500～800℃煅烧2～10小时后自然冷却，得到均匀分散的石墨烯/磷酸铁锂复合材料。

3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤c中所述的水溶性亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁或硫酸亚铁铵中的一种。

4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于步骤c中所述的水溶性含磷化合物为磷酸、磷酸二氢铵或磷酸氢二铵中的一种。

5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的石墨烯/磷酸铁前驱体嵌锂合成三明治结构的石墨烯/磷酸铁锂采用高温固相反应嵌锂工艺的步骤如下：

取一定量退火后的石墨烯/磷酸铁前躯体，和一定比例的锂化合物充分混合，锂化物中所含的Li元素与石墨烯/磷酸铁复合材料的质量比为1:10～1:20；然后将混合物置于管式炉中，在惰性气氛或者还原气氛下，于500～800℃煅烧2～10小时后自然冷却，得到均匀分散的石墨烯/磷酸铁锂复合材料。

6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述的锂化合物为碳酸锂、氢氧化锂、氧化锂、乙酸锂中的任一种。

7. 根据权利要求2或5所述的方法，其特征在于所述的还原气氛为Ar/H₂体积比为95:5。