[发明专利]通过磷酸铁的形貌和尺寸变化制备高性能的磷酸铁锂/三维石墨烯复合材料的方法

摘要

本发明公开了一种通过磷酸铁的形貌和尺寸变化制备高性能的磷酸铁锂/三维石墨烯复合材料的方法。（1）石墨氧化物通过改进的Hummers法制备。（2）将铁源和磷酸盐，分别溶于蒸馏水中，调节pH值，抽滤，洗涤，烘干，得FePO₄。（3）将FePO₄置于氧化石墨悬浮液中，加入NiCl₂·6H₂O，超声处理，抽滤，洗涤，冷冻干燥，煅烧后得FePO₄/3DG。（4）将FePO₄/3DG（或FePO₄）、锂源和碳源，高温煅烧后得LiFePO₄/3DG/C（或LiFePO₄/C）。本发明工艺简单，环保，成本低廉，制备出结晶良好、分布均匀、尺寸较小且三维石墨烯包覆的磷酸铁锂正极材料，材料电化学性能得到明显提高。

主权项

1.一种通过磷酸铁的形貌和尺寸变化制备高性能的磷酸铁锂/三维石墨烯复合材料的方法，其特征在于具体步骤为：（1）石墨氧化物凝胶通过改进的Hummers法制备；所制备的氧化石墨装入透析袋，放在去离子水中透析，每天换3~5次水，4~7天后改为冷冻干燥5~7天即得到固态氧化石墨，加水制得浓度为1~10mg/mL的氧化石墨悬浮液；（2）称取0.001~0.1 mol铁源和0.001~0.1 mol磷酸盐，分别溶于30~50 mL去离子水中，将两种溶液混合均匀后用0.5~5mol/L的氨水调节pH值为2~3，继续搅拌1~5小时后，将反应溶液放入50~100mL聚四氟乙烯为内衬的反应釜中高温反应，冷却至室温后将产物抽滤，并用去离子水和无水乙醇各洗3~5次，60~100℃烘干24~48小时，得到淡绿色粉末；（3）称取步骤（2）所得淡绿色粉末置于10~100mL浓度为1~10mg/mL的步骤（1）所得氧化石墨悬浮液中，室温下搅拌1 小时后，加入0.01~0.1 g NiCl2·6H2O；超声处理2小时后，将其置于50~100mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，在高温下反应后自然冷却至室温，将凝胶从高压釜中取出并用去离子水和无水乙醇各清洗3~5次；冷冻24~48小时后，将三维石墨烯凝胶放入冷冻干燥机48~96小时，放入通有氩气的管式炉中，以5~10℃/min的加热速率升至350~750℃并煅烧2~10小时，得到黑色粉末；（4）称取0.1~1 g步骤（3）所得黑色粉末、1~5 mmol锂源和0.1~1 mmol碳源，加入10 mL无水乙醇充分研磨至粉末后通有充满氩气的管式炉中;以5~10℃/ min的加热速率升至350~550℃煅烧5~10小时后自然冷却至室温，再向混合物中加入0.1~1 mmol碳源；然后在通有氩气的管式炉中，以5~10℃/ min的加热速率升至450~750℃并煅烧5~12小时，获得磷酸铁锂/三维石墨烯复合材料；所述锂源为乙酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的一种或多种；所述铁源为氯化铁、硝酸铁和硫酸铁中的一种或多种；所述磷酸盐为磷酸铵、磷酸二氢铵和磷酸氢铵中的一种或多种；所述碳源为抗坏血酸、葡萄糖和蔗糖中的一种或多种。