一种具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料制造技术

本发明专利技术属于锂电池技术领域，尤其涉及一种具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料，所述正极材料具有核壳结构，其中，核结构的材料为磷酸铁锂，壳结构的材料为石墨烯，并且所述石墨烯上形成有孔结构，所述孔结构的孔径为5nm‑100nm，所述正极材料的比表面积为30‑300㎡/g。相对于现有技术，本发明专利技术提供的正极材料具有核壳结构，其中，核结构的材料为磷酸铁锂，壳结构的材料为石墨烯，并且石墨烯上形成有孔结构，由于石墨烯的加入提高了磷酸铁锂材料的导电性，制备过程中由于三价铁离子被还原为二价铁，石墨烯片层中的部分碳作为还原剂被消耗，于是在表面生成了可供锂离子通过的孔洞，提高了磷酸铁锂材料的倍率性能和快速充放电能力。

A porous structure of lithium iron phosphate / graphene composite lithium battery cathode material

The invention belongs to the technical field of lithium battery, in particular relates to a lithium iron phosphate / porous graphene composite lithium battery cathode material, the cathode materials with core-shell structure, the nuclear structure materials for lithium iron phosphate, shell material for graphene, and the graphene is formed the pore structure, the pore structure of the aperture is 5nm 100nm, the cathode material specific surface area of 30 square meters 300 /g. Compared with the prior art, the invention provides a cathode material with core-shell structure, the nuclear structure materials for lithium iron phosphate, shell material for graphene and graphene are formed on the pore structure, due to the addition of graphene improves the conductivity of lithium iron phosphate material, preparation process of trivalent iron was reduced to two iron carbon sheets of graphite as reducing agent is consumed, so in the surface of the hole can be increased by lithium ion, lithium iron phosphate material rate performance and high rate discharge ability.

【技术实现步骤摘要】
一种具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料
本专利技术属于锂电池
，尤其涉及一种具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料。
技术介绍
随着全球对新能源汽车的发展越来越重视，作为新能源汽车核心部件之一的动力电池成为研究重点。无论是混合动力或者纯电动交通工具，锂离子电池由于其较高的能量密度、较长的使用寿命、安全且无污染和较小的自放电系数等优点成为了目前综合性能最好的电池。正极材料是制约锂电池性能的关键因素之一，磷酸铁锂资源丰富、价格低廉，安全性能好而且对环境友好，是目前国内主流的锂离子动力电池的正极材料，尤其由于其安全性能优异在纯电动公交领域得到了广泛应用。另一方面，磷酸铁锂又具有倍率性能差，能量密度低等特点，不能满足新能源汽车大电流放电的使用需求，这又限制了其在动力电池上的应用。石墨烯具有很高的比表面积和优异的导电性能等优点，在锂离子电池和超级电容器等领域应用十分广泛。现有技术中利用石墨烯与磷酸铁锂掺杂或包覆以改进磷酸铁锂的电化学性能的方法存在倍率性能较差，电化学性能改善不明显的问题。有鉴于此，本专利技术旨在提供一种具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料，其具有石墨烯包覆磷酸铁锂形成的核壳结构，并且石墨烯上具有多孔结构，从而提高了磷酸铁锂材料的倍率性能和快速充放电能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料，其具有石墨烯包覆磷酸铁锂形成的核壳结构，并且石墨烯上具有多孔结构，从而提高了磷酸铁锂材料的倍率性能和快速充放电能力。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料，所述正极材料具有核壳结构，其中，核结构的材料为磷酸铁锂，壳结构的材料为石墨烯，并且所述石墨烯上形成有孔结构，所述孔结构的孔径为5nm-100nm，所述正极材料的比表面积为30-300㎡/g。作为本专利技术具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料的一种改进，所述磷酸铁锂的粒径为1μm-5μm，所述石墨烯的厚度为10nm-100nm。作为本专利技术具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料的一种改进，所述正极材料的制备方法至少包括如下步骤：第一步，将去离子水与锂盐、磷酸铁、蔗糖混合并充分搅拌得到混合物A；第二步，将去离子水与石墨烯混合制得石墨烯分散液，再将混合物A缓慢加入到石墨烯分散液中，充分搅拌得到混合物B；第三步，将混合物B在超声条件下分散1h～2h，然后喷雾干燥制得磷酸铁锂/石墨烯前驱体；喷雾干燥容易形成细小的比表面积大的颗粒，而且效率高，速度快第四步，将磷酸铁锂/石墨烯前驱体置于惰性气体中，以1℃/min～10℃/min的升温速率，升温到600℃～800℃并保温6h～12h，冷却至室温即制得具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料。作为本专利技术具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料的一种改进，第一步所述锂盐为碳酸锂、乙酸锂、柠檬酸锂和硝酸锂中的至少一种。作为本专利技术具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料的一种改进，第一步中，所述锂盐中的锂和所述磷酸铁中的铁的摩尔比为(0.98～1.02)：1。作为本专利技术具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料的一种改进，第一步中，在混合物A中，锂盐的浓度为0.01mol/L～2mol/L。作为本专利技术具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料的一种改进，第一步中，以质量计，所述蔗糖的含量为理论磷酸铁锂产量的0.5％～1％。作为本专利技术具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料的一种改进，第二步中，以质量计，石墨烯的含量为理论磷酸铁锂产量的0.1％～2％。作为本专利技术具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料的一种改进，第四步中所述惰性气体为氩气和/或氮气。相对于现有技术，本专利技术提供的正极材料具有核壳结构，其中，核结构的材料为磷酸铁锂，壳结构的材料为石墨烯，并且石墨烯上形成有孔结构，由于石墨烯的加入提高了磷酸铁锂材料的导电性，制备过程中由于三价铁离子被还原为二价铁，石墨烯片层中的部分碳作为还原剂被消耗，于是在表面生成了可供锂离子通过的孔洞，这种结构可以利用石墨烯材料的优异导电性能和高电子迁移率，同时保证磷酸铁锂与电解液的接触，提供锂离子通过的路径，提高了磷酸铁锂材料的倍率性能和快速充放电能力。同时，本专利技术制备工艺简单可控，原料可选择范围广泛，易于工业化生产。附图说明图1中的A和B为本专利技术中实施例1所得正极材料的扫描电镜形貌图(SEM图)。图2为本专利技术中实施例1所得正极材料的的倍率性能测试图谱。图3为本专利技术中实施例1、实施例3、实施例6、实施例7制得的正极材料的X射线衍射图谱。具体实施方式实施例1本实施例提供了一种具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料，正极材料具有核壳结构，其中，核结构的材料为磷酸铁锂，壳结构的材料为石墨烯，并且石墨烯上形成有孔结构，所述孔结构的孔径为5nm-100nm，所述正极材料的比表面积为180㎡/g。其中，磷酸铁锂的粒径为1μm-5μm，石墨烯的厚度为10nm-100nm。该正极材料的制备方法至少包括如下步骤：第一步，将去离子水与碳酸锂、磷酸铁、蔗糖混合并充分搅拌得到混合物A；其中，碳酸锂中的锂和磷酸铁中的铁的摩尔比为1：1，在混合物A中，碳酸锂的浓度为0.5mol/L，以质量计，蔗糖的含量为理论磷酸铁锂产量的0.6％。第二步，将去离子水与石墨烯混合制得石墨烯分散液，再将混合物A缓慢加入到石墨烯分散液中，充分搅拌得到混合物B，以质量计，石墨烯的含量为理论磷酸铁锂产量的0.5％。第三步，将混合物B在超声条件下分散1.5h，然后喷雾干燥制得磷酸铁锂/石墨烯前驱体；第四步，将磷酸铁锂/石墨烯前驱体置于氮气中，以5℃/min的升温速率，升温到700℃并保温10h，冷却至室温即制得具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料。该正极材料的SEM图如图1所示，由图1可以看出，该材料的粒径约为1μm-5μm。以该正极材料作为活性物质、以金属锂为对电极，组装半电池，测试其循环性能，所得结果见图2，由图2可以看出，该半电池在0.1C下循环100次后容量为162mAh/g，在5C下循环100次后容量为0.1C的74％。由此可见其倍率性能和快速充放电能力均较好。该正极材料的XRD图见图3，由图3可以看出，其结晶性良好。实施例2本实施例提供了一种具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料，正极材料具有核壳结构，其中，核结构的材料为磷酸铁锂，壳结构的材料为石墨烯，并且石墨烯上形成有孔结构，所述孔结构的孔径为5nm-100nm，所述正极材料的比表面积为130㎡/g。其中，磷酸铁锂的粒径为1μm-5μm，石墨烯的厚度为10nm-100nm。该正极材料的制备方法至少包括如下步骤：第一步，将去离子水与乙酸锂、磷酸铁、蔗糖混合并充分搅拌得到混合物A；其中，乙酸锂中的锂和磷酸铁中的铁的摩尔比为1.01：1，在混合物A中，乙酸锂的浓度为1mol/L，以质量计，蔗糖的含量为理论磷酸铁锂产量的0.8％。第二步，将去离子水与石墨烯混合制得石墨烯分散液，再将混合物A缓慢加入到石墨烯分散液中，充分搅拌得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料，其特征在于：所述正极材料具有核壳结构，其中，核结构的材料为磷酸铁锂，壳结构的材料为石墨烯，并且所述石墨烯上形成有孔结构，所述孔结构的孔径为5nm‑100nm，所述正极材料的比表面积为30‑300㎡/g。

【技术特征摘要】
1.一种具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料，其特征在于：所述正极材料具有核壳结构，其中，核结构的材料为磷酸铁锂，壳结构的材料为石墨烯，并且所述石墨烯上形成有孔结构，所述孔结构的孔径为5nm-100nm，所述正极材料的比表面积为30-300㎡/g。2.根据权利要求1所述的具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料，其特征在于：所述磷酸铁锂的粒径为1μm-5μm，所述石墨烯的厚度为10nm-100nm。3.根据权利要求1所述的具有多孔结构的磷酸铁锂/石墨烯复合锂电池正极材料，其特征在于，所述正极材料的制备方法至少包括如下步骤：第一步，将去离子水与锂盐、磷酸铁、蔗糖混合并充分搅拌得到混合物A；第二步，将去离子水与石墨烯混合制得石墨烯分散液，再将混合物A缓慢加入到石墨烯分散液中，充分搅拌得到混合物B；第三步，将混合物B在超声条件下分散1h~2h，然后喷雾干燥制得磷酸铁锂/石墨烯前驱体；第四步，将磷酸铁锂/石墨烯前驱体置于惰性气体中，以1℃/min~10℃/min的升温速率，升温到600℃~800℃并保温6h~12h，冷却至室温即制...

【专利技术属性】
技术研发人员：许东伟，
申请(专利权)人：深圳市毓丰新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44