[发明专利]三维网状多孔石墨烯/磷酸铁锂复合正极材料及制备方法

说明书

三维网状多孔石墨烯/磷酸铁锂复合正极材料及制备方法，所述复合正极材料由纳米片状的磷酸铁锂以质量比5～20:1均匀锚定于三维网状多孔石墨烯上形成。所述制备方法为：（1）在磷酸铁锂的醇溶液中，在搅拌下，加入硅烷偶联剂，搅拌反应后，离心，洗涤沉淀，烘干，得硅烷偶联剂修饰的磷酸铁锂纳米片；（2）分散于水中，在搅拌下，滴入氧化石墨烯水溶液，油浴加热反应，冷冻干燥，得三维网状多孔石墨烯/磷酸铁锂复合正极材料前驱体；（3）在保护气氛下，进行热处理，即成。本发明复合正极材料组装的电池放电比容量高、高倍率充放电性能及循环性能优异，导电性好；本发明方法工艺简单、成本低廉、适宜于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种复合正极材料及制备方法，具体涉及一种三维网状多孔石墨烯/磷酸铁锂复合正极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前最新型的化学电源，由两种能够可逆地嵌入和脱出锂离子的化合物作为正负极而构成，具有高能量密度、高功率密度、环境友好、使用寿命长和安全性能优越等优点，已成为理想的能量存储装置。

在众多的锂离子电池正极材料中，磷酸铁锂（LiFePO₄）由于具有较高的理论容量（170 mAh/g），并且其稳定性好、成本低廉，是目前最具有前景的锂离子动力电池正极材料之一。但是，磷酸铁锂低的本征电子导电率和较慢的锂离子迁移速率，严重限制了其在锂离子电池中的广泛应用。

CN106410143A公开了一种泡沫石墨烯/磷酸铁锂复合材料制备方法，所述泡沫石墨烯/磷酸铁锂复合材料中的泡沫石墨烯为磷酸铁锂提供了一个多孔结构空间，能在一定程度上增加磷酸铁锂材料的导电性。但是，由于泡沫结构本身优势在于“孔”，而不在于“网”，从而不能很好地抑制磷酸铁锂材料的团聚现象，其电化学性能也较差。

CN106816591A公开了一种三明治结构的石墨烯/磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料，所述石墨烯/磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料中多层石墨烯的存在，增加了磷酸铁锂的电子导电率和离子传导率。但是，由于该石墨烯/磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料中的石墨烯只是简单的以三明治结构对磷酸铁锂进行包裹，并不能够起到防止磷酸铁锂材料在充放电过程中的团聚现象，其电化学性能也较差。

CN106410168A公开了一种纳米堆叠的磷酸铁锂/石墨烯复合材料，所述磷酸铁锂/石墨烯复合材料通过磷酸铁锂的纳米结构化和石墨烯的简单包覆来提高电极材料的电化学性能。但是，由于实验方法本身的限制，石墨烯只能对磷酸铁锂材料进行简单的包覆，同样不能防止磷酸铁锂材料在充放电过程中的团聚现象，其电化学性能也较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种放电比容量高、高倍率充放电性能及循环性能优异，导电性好，抑制磷酸铁锂充放电过程团聚的三维网状多孔石墨烯/磷酸铁锂复合正极材料。

本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种工艺简单、成本低廉、适宜于工业化生产的三维网状多孔石墨烯/磷酸铁锂复合正极材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：三维网状多孔石墨烯/磷酸铁锂复合正极材料，所述复合正极材料由纳米片状的磷酸铁锂以质量比5～20:1均匀锚定于三维网状多孔石墨烯上形成。本发明通过将石墨烯材料的三维网状多孔结构与片状磷酸铁锂复合，提高了磷酸铁锂的电化学性能，原因是：纳米片状结构的磷酸铁锂具有比传统磷酸铁锂大的比表面积，纳米片状磷酸铁锂锚定在三维网状多孔石墨烯表面，可增强磷酸铁锂之间、磷酸铁锂与电解液之间的导电效率，从而提高电化学性能；由于纳米片状的磷酸铁锂锚定在石墨烯表面，一方面，可以提高磷酸铁锂之间及其与电解液之间的导电性能，另一方面，三维网状多孔结构的石墨烯能够限制纳米片状磷酸铁锂在充放电过程中的团聚现象。

优选地，所述磷酸铁锂纳米片的厚度为10～50 nm，片状大小为50～200nm。纳米片的厚度或片状大小过大或过小，均不利于锂离子和电子的转移，从而降低电极材料导电性。