[发明专利]石墨烯磷酸铁锂复合材料及其制备方法、极片及二次电池

说明书

本申请提供一种石墨烯磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：将石墨、分散剂、有机溶剂和锂盐混合均匀得到石墨浆料；将金属锂源和石墨浆料通过可连通电源正负极的容器进行放电得到嵌锂石墨浆料；干燥得到嵌锂石墨粉，将嵌锂石墨粉送入水蒸气与二氧化碳混合的气体环境中，生成碳酸锂；将嵌有碳酸锂的石墨粉于去离子水中旋转并超声震动，得到碳酸锂复合石墨烯粉料；将碳酸锂复合石墨烯粉料作为锂源制备得到石墨烯磷酸铁锂复合材料。本申请能够快速制备高性能的石墨烯磷酸铁锂复合材料并且可以采用回收石墨材料，节约能源并提高性能。

技术领域

本申请涉及电池材料领域，具体而言，涉及一种石墨烯磷酸铁锂复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有可以快速充放，无记忆效应以及高容量等的优势，是新能源发展的主要方向，磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料，由于原料来源广泛，对环境友好，使用安全等诸多优点，已经成为动力型锂离子电池的主要材料。但是磷酸铁锂由于自身较低的导电率与能量密度限制了其在锂离子电池中的大规模应用，因此需要对磷酸铁锂进行改性以使其具有优秀的倍率性能与循环性能。

目前常用改性方法是采用石墨烯，利用石墨烯超强导电性与较大比面积，来提高磷酸铁锂的倍率性能和循环性能。石墨烯是一种二维纳米碳材料，由单层碳原子以sp²杂化形式紧密堆积成蜂窝状晶格结构，在电学、导热性、力学、光学等方面有诸多优良性能。目前，石墨烯的制备方法主要有微机械剥离法、化学气相沉积法、氧化-还原法、溶剂剥离法、溶剂热法。

现有的石墨烯制备方法成本高，导致磷酸铁锂锂离子电池正极材料的制备成本也随之增加。现有的方法中所制备的石墨烯层数较多，可以达到几十层甚至上百层，不利于发挥石墨烯对磷酸铁锂锂离子电池正极材料的改性作用。

发明内容

本申请的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能够快速高效制备高性能的石墨烯磷酸铁锂复合材料的方法。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

根据本申请的一个方面，提供一种石墨烯磷酸铁锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：石墨浆料的制备：在干燥的保护气体的保护下，将石墨、分散剂、磷酸二甲酯和六氟磷酸锂混合均匀，得到石墨浆料；

步骤2：嵌锂石墨的制备：将金属锂源和所述石墨浆料通过可连通电源正负极的容器，进行放电得到嵌锂石墨浆料；

步骤3：碳酸锂复合石墨烯粉的制备：将步骤2得到的所述嵌锂石墨浆料干燥后，送入含有水蒸气和二氧化碳的混合气体环境中反应得到嵌有碳酸锂的石墨粉，最后在超声作用下得到碳酸锂复合石墨烯溶液，将所述碳酸锂复合石墨烯溶液过滤干燥，得到碳酸锂复合石墨烯粉料；

步骤4：原位生长磷酸铁锂：用步骤3得到的碳酸锂复合石墨烯粉料作为锂源制备得到石墨烯磷酸铁锂复合材料。

本申请提供的石墨烯磷酸铁锂复合材料的制备方法，通过嵌锂石墨、碳酸锂复合石墨烯粉的制备以及原位生长，能够制备高性能的石墨烯以及高性能的磷酸铁锂锂离子电池正极材料。

根据本申请的其中一个实施例，步骤1中的有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或几种；锂盐为六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、氟代磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂中的一种或几种。

根据本申请的其中一个实施例，步骤1中的有机溶剂为磷酸二甲酯，锂盐为六氟磷酸锂。

根据本申请的其中一个实施例，步骤1中的石墨、分散剂、磷酸二甲酯和六氟磷酸锂混合摩尔比例为：石墨:分散剂:磷酸二甲酯:六氟磷酸锂＝(30-50):(2-10):(20-60):(10-20)。

在本申请中，采用上述配比进行石墨烯浆料的制备，能够使得制备的石墨烯浆料中石墨分散均匀，有利于锂离子的嵌入，便于后续步骤的进行。