[发明专利]一种在金属基上制备磷酸钒锂/石墨烯复合正极材料的方法

说明书

本发明具体涉及一种磷酸钒锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，将可溶性的锂化合物、钒化合物和磷酸盐按照适当比例加入去离子水中配制溶液，然后加入适量柠檬酸钠钠和氧化石墨烯。然后把表面附着有钒化合物的金属基体平躺着置于混合液中浸渍数天，取出浸渍后的金属基体烘干，然后在保护气氛下进行高温煅烧一段时间，后取出冷却；重复上述步骤数次，得磷酸钒锂/石墨烯复合正极材料。本发明的磷酸钒锂/石墨烯复合正极材料不仅具有比容量高，循环性能好，倍率性能好等优势，也集聚了成本低，绿色环保等优点。

技术领域

本发明属于电池正极复合材料的技术领域，更具体的，涉及一种在金属基上制备磷酸钒锂/石墨烯复合正极材料的方法。

背景技术

自Goodenough 等首次提出聚阴离子锂电正极材料磷酸铁锂以来，研究者对聚阴离子磷酸盐展开了大量研究，其中最为成功的就是实现了磷酸铁锂正极材料的工业化生产，而人们对磷酸钒锂的研究报道不是很多，目前仍未实现工业化生产。但磷酸钒锂是性能比磷酸铁锂更优异的一种材料，具有以下优点：a、其具有优良的热稳定性，在目前所研究的正极材料中仅稍低于磷酸亚铁锂；b、有高的放电电压和多个放电电压平台，平均放电电压为4.1 V，高于磷酸亚铁锂的的3.4 V放电电压，而且有3.5 V、3.6 V、4.1 V 和4.6 V 4 个放电平台；c、优异的循环稳定性和高的放电容量，理论容量为197 mAh/g，高于磷酸亚铁锂170 mAh/g的理论容量。可以看出，磷酸钒锂的研究空间很大。

石墨烯具有很高的电子导电率，其中电子的运动速率达到光速的1/300，是一种极好的电子导体，且石墨烯本身具有储锂特性。因此，将磷酸钒锂与石墨烯片相复合，制备磷酸钒锂/石墨烯复合电极材料，使磷酸钒锂颗粒附着或包裹在石墨烯片上，不仅可以有效提高材料的导电率，还可以有效的抑制颗粒的生长，结果会大大提高磷酸钒锂材料的导电能力，并有效提高材料的比容量及倍率性能。中国专利公开号为CN102386410A公开了一种磷酸钒锂/石墨烯复合材料及其制备方法，由磷酸钒锂和石墨烯或石墨烯及其他无定形碳组成，但是该方法工艺复杂，得到的复合材料性能不稳定，作为锂离子电池正极材料时充电比容量不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单、环保、结构稳定、循环性能好、生产成本低廉的在金属基上制备磷酸钒锂/石墨烯复合正极材料的方法。

本发明另一个解决的技术问题在于提供一种磷酸钒锂/石墨烯复合正极材料。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种在金属基上制备磷酸钒锂/石墨烯复合正极材料的方法，包括以下步骤：

S1、将可溶性的锂化合物、铁化合物、磷酸盐按照锂、铁、磷的原子比为3:2:3混合置于去离子水中，同时加入适量柠檬酸钠和氧化石墨烯，在一定的温度下充分搅拌形成混合液；

S2、把表面附着有钒化合物的金属基体平躺着置于步骤S1所得混合液中浸渍数天，取出浸渍后的金属基体烘干，然后在保护气氛下进行高温煅烧一段时间，后取出冷却；

S3、以煅烧冷却后的基体为对象，重复步骤S1、S2不少于2次；

S4、将步骤S3所得基体在保护性气氛下进行依次低温碳化处理和高温合成处理，得磷酸钒锂/石墨烯复合正极材料。

本发明创造性的将表面附着有钒化合物的金属基体置于含有锂离子、钒离子、磷离子、柠檬酸钠和氧化石墨烯的混合溶液中浸渍数天，混合溶液中，同时进行三组反应，氧化石墨烯和锂离子、钒离子、磷离子发生反应，柠檬酸钠和锂离子、钒离子、磷离子发生反应，氧化石墨烯与柠檬酸钠发生还原反应，最终三组反应可形成初步复合材料，当基体浸入混合液后，金属基体表面附着的钒化合物可作为晶种，让复合材料种子周围生长、变大，直至形成性能优良的复合材料，所形成的磷酸钒锂/石墨烯复合材料性能优越，同时本发明的制备方法工艺简单、容易操作、成本较低。