[发明专利]一种石墨烯负载羟基磷酸铁空心八面体锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯负载羟基磷酸铁空心八面体锂离子电池正极材料的制备方法，首先将市售氧化石墨烯溶解在去离子水中，然后通过超声处理形成氧化石墨烯分散均匀的悬浊液A；然后将分析纯的可溶性二价亚铁盐、尿素以及磷酸二氢铵或磷酸氢二铵加入到去离子水和乙二醇或甘油的混合溶液中，搅拌后加入到悬浊液A中，配置成混合溶液B；然后将混合溶液B经微波反应后，得到产物C；最后将产物C经过离心收集，然后洗涤并冷冻干燥，得到石墨烯表面原位生长Fe_1.5(PO₄)OH空心八面体锂离子电池正极材料。本发明时间短，反应快，产率高，原料价格低廉，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种石墨烯负载羟基磷酸铁空心八面体锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

由于锂离子电池具有能量密度高，使用寿命长，环境友好等优点，最近几年来成为了研究热点，并成功实现了商业化。为了发展下一代能够应用于电动汽车，大规模的能源存储设备的更有效的锂离子电池材料，能够寻找到一种具有优异的电化学性能的正极材料是个关键因素。LiFePO₄价格低廉，环境友好，具有良好的结构稳定性与热稳定性，与大多数电解液兼容，成为最具开发和应用潜力的新一代正极锂离子正极材料。LiFePO₄储能的机制为锂离子的嵌入脱出，形成LiFePO₄与FePO₄相的转变。因此FePO₄也是一种有潜力的正极材料。同FePO₄类似，羟基磷酸铁(Fe_1.5(PO₄)OH)也是一种锂离子正极材料，同时它还具有比FePO₄和LiFePO₄更高的理论容量，高达180mAh/g。然而与LiFePO₄和FePO₄相似，这种材料的导电性较差，目前所合成的Fe_1.5(PO₄)OH，循环稳定性还有待提高。如Shi Ming Zhang(Journal ofPower Sources 243(2013)274-279)采用水热法添加表面活性剂的方法合成了不同形貌的Fe_1.5(PO₄)OH，产物的性能随着循环次数的增加，呈不断下降的趋势，因此还需要进一步与导电性好的碳材料复合来提高性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯负载羟基磷酸铁空心八面体锂离子电池正极材料的制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷，本发明通过石墨烯负载能有效提高Fe_1.5(PO₄)OH的导电性，通过合成空心结构可以缩短锂离子的扩散路径，增加电化学反应面积，从而提高电池的循环稳定性能。同时该方法时间短，反应快，产率高，原料价格低廉，适合大规模生产。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯负载羟基磷酸铁空心八面体锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将市售氧化石墨烯溶解在去离子水中，然后通过超声处理形成氧化石墨烯分散均匀的悬浊液A；

2)将分析纯的可溶性二价亚铁盐、尿素以及磷酸二氢铵或磷酸氢二铵以1:1:(0.5～5)的摩尔比加入到去离子水和乙二醇或甘油的混合溶液中，其中水和乙二醇或甘油的体积比为5:(1～5)，搅拌后加入到悬浊液A中，配置成混合溶液B，混合溶液B中二价亚铁盐的浓度为0.05～0.5mol/L，氧化石墨烯的浓度为0.5～2.5mg/mL；

3)将混合溶液B经微波反应后，得到产物C；

4)将产物C经过离心收集，然后洗涤并冷冻干燥，得到石墨烯表面原位生长Fe_1.5(PO₄)OH空心八面体锂离子电池正极材料。

进一步地，步骤1)中将市售的氧化石墨烯溶解在去离子水中配置成1～5mg/mL的溶液。