一种LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备GO/Mx+材料；(2)制备LiFePO4/GO/Mx+材料；(3)制备LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料；本发明专利技术之方法生产过程中污染少、生产材料成本低；本发明专利技术之LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料的物化性能好，首次充电克容量高，接近LiFePO4理论值；首次充放电效率高，大于等于98％，国家标准为92％以上；振实密度高，有利于提高极片加工能力和锂离子电池的能量密度；离子扩散系数、电子电导率均较高，材料的高倍率充放电性能好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池正极材料领域，具体涉及一种LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料的制备方法。
技术介绍
随着环境问题的日益突出，新能源汽车的研究与发展势在必行。作为新能源汽车的动力源，锂离子电池具有高的能量密度、工作电压及环境友好的特性，被公认为是最能满足新能源汽车中远期发展目标的二次电池体系。对于锂离子电池来说，正极材料是决定其电化学性能和安全性能的关键因素。目前，适用于作为锂离子电池的主要正极材料包括尖晶石锰酸锂、层状钴酸锂、层状三元材料、橄榄石结构磷酸铁锂等。但是，每种正极材料本身都存在一些严重缺陷，如锰酸锂材料的循环性能和高温性能差；钴酸锂材料的价格昂贵、资源短缺、有毒；三元材料的安全性差；磷酸铁锂的振实密度、离子扩散系数和电子电导率低。磷酸铁锂材料的理论比容量约为170mA/g，结构稳定、成本低、无毒害、寿命长、资源丰富和安全性较高等特性外，随着温度升高，磷酸铁锂的物化性能稳定，适合于一些要求比较苛刻的条件下使用。而且，研究表明磷酸铁锂已成为最有前途和主流的正极材料之一。二维晶体结构的石墨烯材料，是一种没有能隙有物质，显示金属性质。单层的石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键的电子，电子在石墨烯中运动速度可达到1.0×106s/m，远远超过了电子在现有导体中的运动速度，且比表面积大。因此，石墨烯可以作为优良的导电剂用于改性磷酸铁锂的导电性和形貌结构，并有望突破传统碳包覆和纳米金属离子掺杂改性等手段，实现制备得到综合性
能优异的磷酸铁锂材料。中国专利201110083171.1公开了一种磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的制备方法，该法在制备磷酸铁锂/石墨烯复合正极材料的过程中，使用磷酸盐如磷酸二氢铵、磷酸铵、磷酸氢二铵，会产生大量的氨气，污染环境且对操作员工的身体有害；另外，通过气相法在磷酸铁锂前驱体的表面包覆石墨烯，只能解决微米级团聚颗粒的表面物化性质，不能解决团聚成微米级的纳米级颗粒的物化性能。中国专利201210039290.1公开了一种石墨烯包覆磷酸铁锂的制备方法，在石墨烯包覆磷酸铁锂的制备过程中，将石墨烯或氧化石墨烯、磷酸盐、铁盐及锂盐混合，惰性气体保护下在高温条件下回流一定时间后，经过洗涤、干燥等步骤，制备得到磷酸铁锂前驱体。该工艺过程中回流能耗大、洗涤废液多，环保性差、产品综合性价比低。中国专利201410105044.0公开了一种石墨烯磷酸铁锂电池正极复合材料及其制备方法，将石墨烯和磷酸铁锂前驱体混合，在溶剂中通过球磨机机械研磨、干燥等步骤，制备石墨烯磷酸铁锂正极复合材料。该方法制备得到的磷酸铁锂不能从材料内部改善电子电导率和离子扩散速率，并且石墨烯很难均匀包覆在磷酸铁锂前驱体的表面。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种制备过程污染少、生产材料成本低，所得产品性能极佳的改性磷酸铁锂的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是，一种LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备GO/Mx+材料将石墨烯和金属离子化合物按照石墨烯：金属离子＝1:0.03-0.5的摩尔比的比例配料，在乳化设备中乳化1-2h，过程中的物料温度控制在40-60℃，结束乳化后，物料置于受惰性气体保护的喷雾干燥设备中，于300-400℃恒温干燥；(2)制备LiFePO4/GO/Mx+材料将铁源化合物、磷源化合物、锂源盐化合物、GO/Mx+按照Fe：P：Li：GO/Mx+＝1：1.1：0.85-1.15：0.6-0.8的摩尔比的比例配料，然后循环研磨5-8h，循环研磨过程中的物料温度控制在25-45℃；待物料混合均匀后，转移到喷雾干燥设备中恒温干燥，物料在喷雾干燥设备中受惰性气体保护，恒温干燥温度为100-200℃；(3)制备LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料将LiFePO4/GO/Mx+材料和碳源化合物按照1：0.03-0.15的比例配料，然后循环研磨2-5h，循环研磨过程中的物料温度控制在30-50℃；待物料混合均匀后，转移到喷雾干燥设备恒温干燥，物料在喷雾干燥设备中受惰性气体保护，恒温干燥温度为100-200℃，待干燥后，先经过分级处理，再经过高温煅烧6-10h，自然冷却至室温，即制得LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料。进一步，所述步骤(1)中，金属离子为Mg2+、Mn4+、Al3+、Ti3+、Ni2+、Zn2+中的一种或几种；石墨烯为单层的水性石墨烯乳液或多层的水性石墨烯乳液，所述水性石墨烯乳液的粒径介于100-200nm。进一步，所述步骤(2)中，铁源化合物为草酸亚铁、醋酸亚铁、三氧化二铁中的一种或几种；磷源化合物为磷酸；锂源化合物为碳酸锂、氢氧化锂中的一种或几种。进一步，所述步骤(2)中，循环研磨在装有分散溶剂的球磨机中进行，所述分散溶剂为去离子水；所述分散溶剂的质量为铁源化合物质量的3-8倍；所述
球磨机中的研磨介质为Φ＝20-50mm氧化锆球，研磨过程中，氧化锆球加入的质量为总物料的1-3倍。进一步，所述步骤(2)中，惰性气体为高纯氮气或氩气。进一步，所述步骤(3)中，碳源化合物为膨胀石墨。进一步，所述步骤(3)中，球磨机中的研磨介质为Φ＝10-30mm氧化锆球，循环研磨过程中，氧化锆球加入的质量为总物料的2-4倍。进一步，所述步骤(3)中，惰性气体为高纯氮气或氩气。进一步，所述步骤(3)中，分级处理在气流粉碎机中进行。进一步，所述步骤(3)中，高温煅烧在惰性气体保护的网带炉或隧道窑中进行，煅烧温度为650-900℃。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术之方法生产过程中污染少、生产材料成本低；本专利技术之LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料的性能好，首次充电克容量高，接近LiFePO4理论值；首次充放电效率高，大于等于98％，国家标准为92％以上；振实密度高，有利于提高极片加工能力和锂离子电池的能量密度；离子扩散系数、电子电导率均较高，材料的高倍率充放电性能好。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例一(1)制备GO/Mg2+材料准确称取6.0kg粒径为120-160nm 5％wt的水性单层石墨烯乳液，58.4g氢氧化镁，在乳化设备中乳化1h，过程中物料温度控制在50℃，结束乳化后，物料置于受惰性气体保护的喷雾干燥设备中，于330℃恒温干燥。(2)制备LiFePO4/GO/Mg2+材料准确称取5.9kg碳酸锂、8.0kg草酸亚铁、3.7kg磷酸、32.0kg去离子水后，与步骤(1)中GO/Mg2+材料，按照一定次序加到有50.0kgΦ＝30mm氧化锆球的球磨机中循环研磨6h，循环研磨过程中球磨机中的物料温度控制在30℃；待物料混合均匀后，转移到高纯氮气保护的喷雾干燥设备中，于120℃恒温干燥。(3)制备LiFePO4/GO/Mg2+/C复合材料准确称取790.0g膨胀石墨，与步骤(2)中LiFePO4/GO/Mg2+材料，一并加到有120.0kgΦ＝10mm氧化锆球的球磨机中循环研磨4h，循环研磨过程中球磨机中的物料温度控制在35℃；待物料混合均匀后，转移到高纯氮气保护的喷雾干燥设备本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备GO/Mx+材料将石墨烯和金属离子化合物按照石墨烯：金属离子＝1:0.03‑0.5的摩尔比的比例配料，在乳化设备中乳化1‑2h，过程中的物料温度控制在40‑60℃，结束乳化后，物料置于受惰性气体保护的喷雾干燥设备中，于300‑400℃恒温干燥；(2)制备LiFePO4/GO/Mx+材料将铁源化合物、磷源化合物、锂源盐化合物、GO/Mx+按照Fe：P：Li：GO/Mx+＝1：1.1：0.85‑1.15：0.6‑0.8的摩尔比的比例配料，然后循环研磨5‑8h，循环研磨过程中的物料温度控制在25‑45℃；待物料混合均匀后，转移到喷雾干燥设备中恒温干燥，物料在喷雾干燥设备中受惰性气体保护，恒温干燥温度为100‑200℃；(3)制备LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料将LiFePO4/GO/Mx+材料和碳源化合物按照1：0.03‑0.15的比例配料，然后循环研磨2‑5h，循环研磨过程中的物料温度控制在30‑50℃；待物料混合均匀后，转移到喷雾干燥设备恒温干燥，物料在喷雾干燥设备中受惰性气体保护，恒温干燥温度为100‑200℃，待干燥后，先经过分级处理，再经过高温煅烧6‑10h，自然冷却至室温，即制得LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料。...
【技术特征摘要】
1.一种LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备GO/Mx+材料将石墨烯和金属离子化合物按照石墨烯：金属离子＝1:0.03-0.5的摩尔比的比例配料，在乳化设备中乳化1-2h，过程中的物料温度控制在40-60℃，结束乳化后，物料置于受惰性气体保护的喷雾干燥设备中，于300-400℃恒温干燥；(2)制备LiFePO4/GO/Mx+材料将铁源化合物、磷源化合物、锂源盐化合物、GO/Mx+按照Fe：P：Li：GO/Mx+＝1：1.1：0.85-1.15：0.6-0.8的摩尔比的比例配料，然后循环研磨5-8h，循环研磨过程中的物料温度控制在25-45℃；待物料混合均匀后，转移到喷雾干燥设备中恒温干燥，物料在喷雾干燥设备中受惰性气体保护，恒温干燥温度为100-200℃；(3)制备LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料将LiFePO4/GO/Mx+材料和碳源化合物按照1：0.03-0.15的比例配料，然后循环研磨2-5h，循环研磨过程中的物料温度控制在30-50℃；待物料混合均匀后，转移到喷雾干燥设备恒温干燥，物料在喷雾干燥设备中受惰性气体保护，恒温干燥温度为100-200℃，待干燥后，先经过分级处理，再经过高温煅烧6-10h，自然冷却至室温，即制得LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料。2.根据权利要求1所述的LiFePO4/GO/Mx+/C复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，金属离子为Mg2+、Mn4+、Al3+、Ti3+、Ni2+、Zn2+中的一种或几种；石墨烯为单层的水性石墨烯乳液或多层的水性石墨烯乳液，所述水性石墨烯乳液的粒径介于100-200nm。3.根据权利要求1或2所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：何鹏飞，沈智，郑拥军，杨世近，
申请(专利权)人：湖南锂顺能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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