[发明专利]一种石墨烯磷酸铁锂电池正极复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池制作技术领域，涉及一种石墨烯磷酸铁锂电池正极复合材料及其制备方法。 

背景技术

锂离子电池作为一种新型的二次电池，具有比容量高、电压高、安全性好的特点，锂离子电池的主要成分为磷酸铁锂（LiFePO₄），在锂离子的脱出与嵌入过程中无体积变化，高温下不释放出活性氧，具有优良的充放电循环性和安全性，广泛用于电动汽车、移动电话、笔记本电脑的驱动电源，也是电动汽车动力电池研究的主要成分。目前LiFePO₄的工业化进程遇到了一些困难，具体包括：①LiFePO₄的电导率低，只适合在小电流密度下放电。②二价铁离子容易被氧化，合成中需严格控制，技术难度较高。③需要减小LiFePO₄粒径来缩短锂离子扩散路径，然而这一点在工业上很难达到。④提高产物的振实密度很困难，LiFePO₄主要由高温固相法，共沉淀法，水热法，溶胶凝胶法和微波法等方法制备，实验中制备的LiFePO₄存在晶界，而锂离子在晶界处迁移速率会有明显下降，同时LiFePO₄材料本身的电导率也比较低，这2个因素都会极大影响锂离子电池的性能，为了解决这个问题，通常是在LiFePO₄表面包覆一层导电材料，Ellis等人通过在固体界面之间包覆无定型碳来提高LiFePO₄的导电性，但是该方法 是将有机物在高温下热解产生的碳包覆在LiFePO₄表面，因此无法保证碳包覆的完整性，对LiFePO₄的导电性的提高有限，目前研究发现当使用二氧化铷（RuO₂）填充在包覆碳层的空隙中后，LiFePO₄的充放电循环性能有显著提高，但是RuO₂价格昂贵，并且实验条件复杂，不利于实际应用。自从具有石墨单片层结构的石墨烯（graphite）于2004年被发现以后，不断有关于其优越的机械性能和超高导电率的报道，石墨烯是由单层或几层碳原子紧密堆积成二维六方晶格结构的碳材料，是目前世界上已知强度最高的材料，其电学性能也是现有材料中最好的。故可以在LiFePO₄材料中参入适量的是石墨烯，对LiFePO₄材料的固有缺点进行改进，提高石墨烯的各方面电化学性能，目前制备石墨烯主要有机械玻璃法，碳化硅外延生法、化学气相沉积法和氧化石墨烯还原法。 

橄榄石结构的LiFePO₄因其较高比容量、对环境友好、循环性能理想、安全性能好、成本低廉等优点而成为最具开发和应用潜力的新一代锂离子电池正极材料。然后，低的锂离子扩散系数和电子导电率，使得LiFePO₄在大倍率充放电时比容量迅速下降，而阻碍了其进一步实用化。传统的改性方法碳包覆会降低正极拆料的体积能量密度，还会阻碍锂离子的迁移与扩散。因此，为了提高LiFePO₄的倍率性能、克服碳包覆给LiFePO₄的能量密度所带来的负面影响，本发明通过引入石墨烯对LiFePO₄进行复合改性。 

发明内容

本发明的目的在于提供石墨烯磷酸铁锂电池正极复合材料，解决 了现有的锂离子电池正极材料导电率低，表面包覆层工艺复杂、价格昂贵的问题。 

本发明的另一个目的还在于提供一种石墨烯磷酸铁锂电池正极复合材料的制备方法。 

本发明所采用的技术方案是石墨烯磷酸铁锂电池正极复合材料由石墨烯和liFePO4锂离子电池正极材料组成；其中石墨烯与liFePO4锂离子电池正极材料的质量百分比范围为0.1%-8%。 

本发明的技术特点还在于liFePO4锂离子电池正极材料的组分有锂源、铁源、磷源和碳源，其中锂源：铁源：磷源：碳源按照摩尔比为1.0：0.95-1.0：0.95-1.0：0.1-0.5。铁源为铁粉、氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁、硫酸亚铁、磷酸铁、草酸亚铁的一种或几种的组合；磷源是五氧化二磷、磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二胺、磷酸亚铁铵磷酸氢铵盐的一种或几种的组合；锂源是氧化锂、碳酸锂、磷酸锂、磷酸二氢锂的一种或几种的组合；碳源是炭黑、柠檬酸、葡萄糖的一种或几种的组合。 

一种石墨烯磷酸铁锂电池正极复合材料的制备方法，由以下步骤组成：