[发明专利]石墨烯改性磷酸铁锂的制备方法及磷酸铁锂电池

说明书

本发明公开了一种石墨烯改性磷酸铁锂的制备方法及磷酸铁锂电池，其中，利用磷酸铁锂的制备方法制备而得的磷酸铁锂用石墨烯和Li₇La₃Zr₂O₁₂改性，磷酸铁锂电池电芯由正极片、第一隔膜、负极片和第二隔膜按“Z”字形依次堆叠并卷绕制成，正极片由正极浆料和涂炭铝箔制成，负极片由负极浆料和涂炭铜箔制成；本发明，利用石墨烯和Li₇La₃Zr₂O₁₂，改善了磷酸铁锂材料的电子电导性差、离子电导性差的缺点，提高了材料在大电流下的充放电能力，降低电池内阻，提高了电池倍率性和循环性能，可以满足市场对高能量、高功率锂离子电池的发展需要。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及石墨烯改性磷酸铁锂的制备方法及磷酸铁锂电池。

背景技术

石墨烯，是二维片层状晶体，具有非常大的比表面积和超高的导电、导热性能，因此石墨烯改性磷酸铁锂要比传统的碳包覆改性手段更有优势；Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)是一种石榴石型氧化物固态电解质，Li的良导体，室温下立方相LLZO锂离子电导率为10-3～10-4S/cm，四方晶相LLZO的锂离子导电率是2.3×10-5S/cm，具有良好的电化学稳定性和热稳定性。

LFP材料本征电子电导率低(约10-9～10-10s/cm)、锂离子扩散系数小(约为10-14cm2/s)，材料的改性手段主要有复合包覆、掺杂及表面修饰技术。主要是通过对磷酸铁锂进行体相掺杂与包覆工艺相结合，实现材料本征改性和表面修饰改性的复合，有效改善材料表面特性和电导性能，从而提高材料的电化学性能。

锂离子电池具有优异的质量能量密度、稳定的循环特性、较高的安全特性及其低成本等优点受到广泛关注。目前已经实现商业化的二次电池技术主要有铅酸电池、镍氢(Ni-MH)电池、锂离子电池等。锂离子电池正极材料是制约电池性能发展的重要因素之一。磷酸铁锂(LiFePO₄，LFP)是一种具有橄榄石型的聚阴离子正极材料，具有结构稳定、锂离子嵌入和脱出的可逆性能良好、安全性能良好、理论质量比容量约为170mAh/g，工作电压3.4V左右，且LFP材料具有制备工艺简单、原料丰富、价格低廉等优点。但室温下LFP材料本征电子电导率低(约10-9～10-10s/cm)、锂离子扩散系数小(约为10-14cm2/s)、材料的振实密度低、体积能量密度较低等，这些缺点导致了磷酸铁锂电池在大倍率电流的充放电条件下容量衰减严重，倍率性能差。因此，在提高磷酸铁锂正极材料的电子电导性和离子扩散速率，改善材料的倍率性能方面，还有进一步的空间。

发明内容

本发明的主要目的在于提供石墨烯改性磷酸铁锂的制备方法及磷酸铁锂电池，利用石墨烯和Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)改性磷酸铁锂材料，改善磷酸铁锂材料的电子电导性差、离子电导性差的缺点，提高了材料在大电流下的充放电能力，降低电池内阻，提高了电池倍率性和循环性能，可以满足市场对高能量、高功率锂离子电池的发展需要。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种磷酸铁锂的制备方法，具体流程包括以下步骤：

S1，配置浓度为1g/L的氧化石墨烯溶液，并超声分散1h，标记为GO溶液；

S2，取3.29L上述配置好的GO溶液，并加入1.5mol的柠檬酸和0.2mol的蔗糖，待充分溶解后，缓慢加入1molFeCl₂·4H₂O(分析纯)，超声分散，混合均匀，并记为A液；

S3，向A液中加入1molNH₄H₂PO₄(分析纯)和1.1molLiCl(分析纯)，充分搅拌混合，形成分散均匀的混合溶液，并标记为母液。