[发明专利]应用铜/石墨烯改善磷酸铁锂电化学性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种锂电池制造技术领域的方法，具体是一种应用铜/石墨烯改善磷酸铁锂电化学性能的方法。

背景技术

近年来快速发展起来的锂离子电池因为具有较高的能量密度、输出电压高、输出功率大、较长的使用寿命、无记忆效应、环境污染小等优点，成为当今二次电池的研发及应用热点。在大功率动力电池的应用上，磷酸铁锂(LiFePO₄)为最具前景的锂离子电池正极材料，与其它的正极材料相比其，LiFePO₄的稳定性高、更安全可靠、价格低廉且环保。但是LiFePO₄运用于锂离子动力电池中存在“导电性”差的问题，保持高比容量与高速充放电无法同时实现，当大电流充放电时其比容量下降明显，功率特性还不能很好的满足汽车动力需求，因此对其市场化应用造成严重影响。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献申请号CN103779563A，公开(公告)日2014.01.20，公开了一种制备铜碳包覆磷酸铁锂的方法，将锂源、铁源、磷源、碳源和铜源进行球磨混合，后进行喷雾干燥处理，得到前驱体，再将制得的前驱体球磨2‐8h后，在惰性气体保护下，煅烧，经过破碎后得到产品。该技术所述及复合材料的制备方法、步骤复杂，能量消耗大，时间较长，操作流程不易控制；在所涉及的锂离子电池应用中，预期效果有限且改善锂离子电池性能程度不足以满足动力电池市场的需求。

表面包覆铜的磷酸铁锂材料可以看作是一种金属基复合材料。表面包覆金属层不但改善了磷酸铁锂的导电导热性、抗氧化性、耐腐蚀性，延长了材料的使用寿命，而且极大地提高了磷酸铁锂的电催化活性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种应用铜/石墨烯改善磷酸铁锂电化学性能的方法，通过将铜与石墨烯相结合的方式，包覆于磷酸铁锂表面，利用铜和石墨烯的物理化学性质来提高磷酸铁锂的高倍率放电性能和循环稳定性能，同时本发明工艺简单、结合度和均匀性好。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明利用铜铁离子的化学置换和化学还原反应氧化石墨烯，实现在磷酸铁锂粉末表面形成具有导电性和抗腐蚀性的铜/石墨烯复合层。

所述的化学置换和化学还原反应，通过配置含有氧化石墨烯、铜盐以及水的处理液，与磷酸铁锂充分反应得以实现，该处理液中的氧化石墨烯、铜盐以及水质量比优选为0.2～5×10^‐4:0.2～10×10^‐4:1。

所述的磷酸铁锂粉末与处理液的质量比为0.01～0.5:1。

所述的铜盐是指：硫酸铜、氯化铜、硝酸铜或其混合。

所述的充分反应是指：在搅拌速度为120～360转/min的条件下搅拌2～40min。

所述的充分反应，优选为反应后将磷酸铁锂粉末取出后水洗2～3次，抽滤至无水滴后置于压力小于‐0.08MPa的真空干燥箱中真空干燥即在表面形成铜/石墨烯复合层。

本发明涉及上述方法制备得到的具有铜/石墨烯复合层的磷酸铁锂，其表面有石墨烯层和颗粒状导电物质，且具有化学还原石墨烯与化学置换镀铜的双重的形貌特征。

本发明涉及一种磷酸铁锂电池，包括：正负极、隔膜以及电解液，其中：正极由N‐甲基吡咯烷酮(NMP)、具有铜/石墨烯复合层的磷酸铁锂的粉末、导电炭黑和聚偏氟乙稀(PVDF)组成。

所述的正极，以N‐甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，将具有铜/石墨烯复合层的磷酸铁锂粉末、导电炭黑和聚偏氟乙稀(PVDF)混合，搅拌均匀成泥浆状涂覆于铝箔表面并干燥后制成，其中：具有铜/石墨烯复合层的磷酸铁锂粉末、导电炭黑和聚偏氟乙稀(PVDF)的质量比优选为80:10:10。

所述的干燥是指真空干燥12小时。

所述的负极采用金属锂。

所述的隔膜，采用微孔聚丙烯(Celgard2300)膜。

所述的电解液，由六氟磷酸锂(LiPF₆)/碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)混合制成，其组分及含量优选为：1mol/LLiPF₆/EC、DEC、EMC以体积比为1:1:1混合。

所述的电池在充满高纯氩气的手套箱内组装得到。

技术效果