[发明专利]硼酸铁锂/石墨烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及电化学材料领域，尤其涉及一种硼酸铁锂/石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着各种新能源的发展，便携式电子设备的小型化发展及电动汽车对大容量高功率化学电源的广泛需求。目前商品化的锂离子电池大多采用无机正极/石墨体系，其中这些正极材料主要是磷酸铁锂，锰酸锂，钴酸锂，镍酸锂以及混合的体系。虽然这类体系的电化学性能优异，但是由于其本身容量较低(如磷酸铁锂的理论170mAh/g)，制备工艺复杂，成本高等诸多的缺点。所以开发新型的其它种类的正极材料受到了人们的广泛的重视。

最近，一种新的称为硼酸铁锂的正极材料引起了人们的广泛关注，日本学者Atsuo Yamada等在2010年首次发表了与此材料有关的研究论文，他们用三氧化二硼、草酸亚铁和碳酸锂制备这种材料并对其电化学性能进行了研究。与磷酸铁锂相比，硼酸铁锂的优势在于：更高的比容量（~220mAh/g），更好的导电性（电导率：~3.9×10^-7S/cm），极小的体积变化率（~2%）。这一材料可作为LiFePO₄（磷酸铁锂）的替代材料。但是由于该材料的电导率低，只适合在小电流放电的场合使用，对于电动汽车等高功率设备的需求，硼酸铁锂材料还需进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种导电率较高的硼酸铁锂/石墨烯复合材料。

本发明的技术方案如下：

一种硼酸铁锂/石墨烯复合材料，按照质量百分比，包括70~95%的硼酸铁锂和5~30%的石墨烯。

本发明还提供上述硼酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将氧化石墨加入有机溶剂中超声0.5~3h，形成氧化石墨烯悬浮液；

将偏硼酸锂与铁的源化合物混合后，加入氧化石墨烯悬浮液中，研磨，得到前驱体混合液；其中，偏硼酸锂与铁的源化合物按照锂元素与铁元素1:1的摩尔比进行混合，氧化石墨烯的质量是偏硼酸锂质量的0.22~1.74倍；

将前驱体混合液置于惰性气体环境中，于600~1000℃下反应12~24h，冷却至室温，得到所述硼酸铁锂/石墨烯复合材料。

所述硼酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述有机溶剂为无水乙醇、无水异丙醇、无水正丁醇及无水叔丁醇中的一种或几种。

所述硼酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述铁的源化合物为氯化铁、氧化铁、草酸铁及醋酸铁中的一种或几种。

所述硼酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述研磨是在球磨机中进行，且研磨时间为2~6小时。

所述硼酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，其中，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气及氖气中的一种或几种。

本发明还提供一种电池正极，包括铝箔，以及涂覆在铝箔上的正极材料，该正极材料包括质量比为85:5:10的硼酸铁锂/石墨烯复合材料、聚偏氟乙烯和乙炔黑，其中，按照质量百分比计算，所述硼酸铁锂/石墨烯复合材料包括70~95%的硼酸铁锂和5~30%的石墨烯。

上述电池正极可以被用作锂离子电池的正极。

本发明提供的硼酸铁锂/石墨烯复合材料，由于复合了高电导率的石墨烯材料，硼酸铁锂/石墨烯复合材料的电导率得到大幅提高，能满足大倍率放电场合的使用。

附图说明

图1为本发明的硼酸铁锂/石墨烯复合材料制备工艺流程图。

具体实施方式

本发提供的一种可用于锂离子电池正极的活性材料，即硼酸铁锂/石墨烯复合材料，其中，硼酸铁锂（LiFeBO₃）质量含量占70~95%，碳材料占5~30%。

上述硼酸铁锂/石墨烯复合材料的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、将氧化石墨加入有机溶剂中超声0.5~3h，形成氧化石墨烯悬浮液，然后将该悬浮液装入球磨机中；

S2、将偏硼酸锂（LiBO₂）和铁的源化合物混合均匀后，加入到装有氧化石墨悬浮液的球磨机中，高速球磨2-6h，得到前躯体混合液；其中，偏硼酸锂与铁的源化合物按照锂元素与铁元素1:1的摩尔比进行混合，氧化石墨烯的质量是偏硼酸锂质量的0.22~1.74倍；

S3、将前躯体混合液装入惰性气体保护的马弗炉中，于600~1000℃高温下反应12~24h，冷却至室温，得到硼酸铁锂/石墨烯复合材料。

上述步骤S1中，有机溶剂还可以是无水乙醇、无水异丙醇、无水正丁醇、无水叔丁醇等中的一种或几种。