一种磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料的制备方法，包括以下步骤：制备高分子纺丝前驱体溶液；制备高分子聚合物纳米纤维膜；配制磷酸铁锂前驱体浆料；制备氧化石墨烯‑磷酸铁锂前驱体高分子聚合物复合薄膜，煅烧，得到磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料。该制备方法简单，制得的复合材料为片状结构，厚度均匀，模板易于除去，具有良好的电化学性能。

A preparation method of lithium iron phosphate / graphene sheet composite

The invention relates to a preparation method of lithium iron phosphate / graphene composite material sheet, which comprises the following steps: preparing polymer precursor spinning solution; preparation of polymer nano fiber membrane; preparation of lithium iron phosphate precursor slurry; graphene oxide lithium iron phosphate precursor polymer composite films were prepared by calcination,, LiFePO4 / graphene composite material sheet. The preparation method is simple, the prepared composite material is flaky structure, the thickness is uniform, the template is easy to remove, and has good electrochemical performance.

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料的制备方法
本专利技术属于锂离子电池材料领域，涉及一种磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池因其具有高比能量、高比功率和高温性能好等优点，广泛应用于移动电话、计算机、相机等的电源，并已在航空、航天、人造卫星及军用设备通讯领域逐步代替传统的电源，高容量、大功率的动力型锂离子电池也将成为环保型电动汽车的理想电源。磷酸铁锂作为锂离子二次电池新型正极材料，具有较高的理论比容量、适中的电压平台等优点。固相法为磷酸铁锂正极材料合成的主要方法，操作简单，易于工业化生产，但是受限于原材料的混合均匀程度难以得到控制，且固相法生产得到的成品材料品质一直低于液相法，而液相法合成工艺多采用反应釜式水热制备，利用高温高压条件下超临界水的特殊性质实现材料的合成，但是在生产过程中存在安全隐患。且目前的磷酸铁锂正极材料目前都局限于为碳包覆的球形结构的磷酸铁锂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述提到的问题，提供一种采用静电纺丝方法制备的磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料，该制备方法简单，该复合材料为片状结构，厚度均匀，模板易于除去，具有良好的电化学性能。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将可溶性高分子材料添加到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，恒温搅拌加热至溶解，制得高分子纺丝前驱体溶液；(2)将步骤(1)制得的高分子纺丝前驱体溶液进行静电纺丝，制得高分子聚合物纳米纤维膜；(3)称取一定量水溶性壳聚糖溶于水中，得到壳聚糖水溶液，将锂源、铁源、磷源按一定比例加入壳聚糖水溶液中，超声搅拌均匀，配制得到磷酸铁锂前驱体浆料；(4)将氧化石墨烯均匀分散于步骤(3)制得的磷酸铁锂前驱体浆料中，制得氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体浆料，将所述浆料置于注射器中，将步骤(2)制得的高分子聚合物纳米纤维膜涂覆于静电纺丝装置的接收板上，利用静电纺丝法在步骤(2)制得的高分子聚合物纳米纤维膜上电纺氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体浆料，得到氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体高分子聚合物复合薄膜；(5)将步骤(4)制得的氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体复合薄膜进行煅烧，冷却，得到磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料。进一步的，步骤(1)所述的可溶性高分子材料为聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、尼龙的一种或多种。进一步的，所述高分子纺丝前驱体溶液的质量百分比为1-15％，因高分子纺丝前驱体浓度越大，其粘度和表面张力越大，离开注射器喷嘴后液滴分裂能力减弱，纤维的直径也随着高分子纺丝前驱体溶液浓度的增加而增大，故优选的，高分子纺丝前驱体溶液的质量百分比为3-7％。进一步的，步骤(2)所述的纺丝条件为电压为5-12KV，喷头与接收板的竖直距离为5-12cm，注射器推进速度为20-40μL/min。进一步的，步骤(3)所述的锂源、铁源、磷源的摩尔比为1.0-1.1:1:1。进一步的，步骤(3)所述的锂源为碳酸锂、氢氧化锂、磷酸二氢锂、醋酸锂中的一种或多种。进一步的，步骤(3)所述的铁源为磷酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、草酸亚铁中的一种或多种。进一步的，步骤(4)所述的纺丝条件为电压为7-12KV，喷头与接收板的竖直距离为2-5cm，注射器推进速度为20-30ul/min。进一步的，步骤(5)所述的煅烧为二次烧结，第一次烧结温度为350-450℃，烧结时间为1.5-2h，第二次烧结时通惰性气体，烧结温度为600-800℃，烧结时间为4-7h。优选的，步骤(5)所述的煅烧为二次连续烧结，第一次烧结完成后直接升温至第二次烧结温度继续烧结。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的制备方法简单，以静电纺丝方法制备的高分子聚合物纳米纤维膜作为模板，然后继续采用静电纺丝法在该高分子聚合物纳米纤维膜上电纺一层均匀的氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体薄膜，然后采用二次烧结法进行烧结，先在空气气氛中进行第一次烧结，可以除去高分子聚合物纳米纤维膜，同时形成磷酸铁锂成核点，然后在惰性气氛下进行二次烧结，使磷酸铁锂长大，还原氧化石墨烯为石墨烯，最终制得磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料。在配制氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体浆料时，先将锂源、铁源、磷源溶于壳聚糖水溶液中，再与氧化石墨烯混合，可以提高材料分散均匀度，有利于后期烧结时的磷酸铁锂在石墨烯上均匀成核、生长。本专利技术成功制备了磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料，厚度均匀，磷酸铁锂力度小、分散性好，电化学性能高，磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料的导电性增强、循环性能稳定。具体实施方式为更好地说明本专利技术，便于理解本专利技术的技术方案，下面通过实施例对本专利技术进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本专利技术的简易例子，并不代表或限制本专利技术的权利保护范围，本专利技术的保护范围以权利要求书为准。实施例1一种磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚乙烯吡咯烷酮添加到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，恒温搅拌加热至溶解，制得聚乙烯吡咯烷酮纺丝前驱体溶液，该溶液的质量百分比为3％；(2)将步骤(1)制得的聚乙烯吡咯烷酮纺丝前驱体溶液进行静电纺丝，制得高分子聚合物纳米纤维膜，纺丝条件为电压为5KV，喷头与接收板的竖直距离为5cm，注射器推进速度为20μL/min；(3)称取一定量水溶性壳聚糖溶于水中，得到壳聚糖水溶液，将碳酸锂、磷酸亚铁加入壳聚糖水溶液中，超声搅拌均匀，配制得到磷酸铁锂前驱体浆料，浆料中碳酸锂、磷酸亚铁的摩尔比为0.5:1；(4)将氧化石墨烯均匀分散于步骤(3)制得的磷酸铁锂前驱体浆料中，制得氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体浆料，将所述浆料置于注射器中，将步骤(2)制得的高分子聚合物纳米纤维膜涂覆于静电纺丝装置的接收板上，利用静电纺丝法在步骤(2)制得的高分子聚合物纳米纤维膜上电纺氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体浆料，得到氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体高分子聚合物复合薄膜，纺丝条件为电压为7KV，喷头与接收板的竖直距离为4m，注射器推进速度为20ul/min；(5)将步骤(4)制得的氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体复合薄膜在惰性气体保护下进行二次连续煅烧，第一次烧结温度为350℃，烧结时间为1.5h，第二次烧结时通惰性气体，直接升到烧结温度600℃，烧结时间为7h，冷却，得到磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料。本实施例制备得到的磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料在1C下首次放电比容量为154mAh/g，循环500周后，放电容量保持率为91％。实施例2一种磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将尼龙、聚丙烯酰胺按质量比2:1添加到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，恒温搅拌加热至溶解，制得纺丝前驱体溶液，该溶液的质量百分比为15％；(2)将步骤(1)制得的纺丝前驱体溶液进行静电纺丝，制得高分子聚合物纳米纤维膜，纺丝条件为电压为12KV，喷头与接收板的竖直距离为12cm，注射器推进速度为40μL/min；(3)称取一定量水溶性壳聚糖溶于水中，得到壳聚糖水溶液，将醋酸锂、草酸亚铁、磷酸氢二铵加入壳聚糖水溶液中，超声搅拌均匀，配制得到磷酸铁锂前驱体浆料，浆料中醋酸锂、草酸亚铁、磷酸氢二铵的摩尔比为0.55:1:1；(4)将氧化石墨烯均匀分散于步骤(3)制得的磷酸铁锂前驱体浆料中，制得氧化石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将可溶性高分子材料添加到N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，恒温搅拌加热至溶解，制得高分子纺丝前驱体溶液；(2)将步骤(1)制得的高分子纺丝前驱体溶液进行静电纺丝，制得高分子聚合物纳米纤维膜；(3)称取一定量水溶性壳聚糖溶于水中，得到壳聚糖水溶液，将锂源、铁源、磷源按一定比例加入壳聚糖水溶液中，超声搅拌均匀，配制得到磷酸铁锂前驱体浆料；(4)将氧化石墨烯均匀分散于步骤(3)制得的磷酸铁锂前驱体浆料中，制得氧化石墨烯‑磷酸铁锂前驱体浆料，将所述浆料置于注射器中，将步骤(2)制得的高分子聚合物纳米纤维膜涂覆于静电纺丝装置的接收板上，利用静电纺丝法在步骤(2)制得的高分子聚合物纳米纤维膜上电纺氧化石墨烯‑磷酸铁锂前驱体浆料，得到氧化石墨烯‑磷酸铁锂前驱体高分子聚合物复合薄膜；(5)将步骤(4)制得的氧化石墨烯‑磷酸铁锂前驱体高分子聚合物复合薄膜进行煅烧，冷却，得到磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将可溶性高分子材料添加到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，恒温搅拌加热至溶解，制得高分子纺丝前驱体溶液；(2)将步骤(1)制得的高分子纺丝前驱体溶液进行静电纺丝，制得高分子聚合物纳米纤维膜；(3)称取一定量水溶性壳聚糖溶于水中，得到壳聚糖水溶液，将锂源、铁源、磷源按一定比例加入壳聚糖水溶液中，超声搅拌均匀，配制得到磷酸铁锂前驱体浆料；(4)将氧化石墨烯均匀分散于步骤(3)制得的磷酸铁锂前驱体浆料中，制得氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体浆料，将所述浆料置于注射器中，将步骤(2)制得的高分子聚合物纳米纤维膜涂覆于静电纺丝装置的接收板上，利用静电纺丝法在步骤(2)制得的高分子聚合物纳米纤维膜上电纺氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体浆料，得到氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体高分子聚合物复合薄膜；(5)将步骤(4)制得的氧化石墨烯-磷酸铁锂前驱体高分子聚合物复合薄膜进行煅烧，冷却，得到磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料。2.如权利要求1所述的一种磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的可溶性高分子材料为聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、尼龙的一种或多种，所述可溶性高分子纺丝前驱体溶液的质量百分比为1-15％。3.如权利要求1所述的一种磷酸铁锂/石墨烯片状复合材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁国防，张聪聪，王建军，刘萌，
申请(专利权)人：青岛海之星生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37