磷酸锰锂-石墨烯复合材料的制备方法、磷酸锰锂-石墨烯复合材料及应用技术

本发明专利技术提供了一种磷酸锰锂

【技术实现步骤摘要】
磷酸锰锂
‑
石墨烯复合材料的制备方法、磷酸锰锂
‑
石墨烯复合材料及应用


[0001]本专利技术涉及电池材料
，尤其是涉及一种磷酸锰锂
‑
石墨烯复合材料的制备方法、磷酸锰锂
‑
石墨烯复合材料及应用。

技术介绍

[0002]正极材料仍然是决定动力锂离子电池能量密度的主要技术瓶颈。现在锂离子电池使用的正极材料中，在橄榄石结构磷酸根源材料体系中，所有氧离子都通过很强的共价键与P
5+
构成稳定的(PO4)3‑
聚阴离子基团，因此晶格中的氧不易丢失，这使得该材料具有很好的安全性，适合作为新能源汽车及储能领域的动力电池使用，但是LiFePO4材料的电压平台低(3.4V)，其能量密度受限。
[0003]磷酸锰锂是橄榄石结构磷酸根源家族的另一种重要的电极材料，具有4.1V的高电位(比磷酸铁锂提高0.7V)，且处于现有电解液的稳定电化学窗口，兼具高安全性和高能量密度。此外，我国拥有丰富的锰矿资源，锰源毒性小，价格便宜，对环境友好。因此，磷酸锰锂可成为取代磷酸铁锂作为新一代高能量密度动力锂离子电池正极材料理想之选。但磷酸锰锂极低的电子电导率和Li
+
离子迁移率在很大程度上也限制了实际应用。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一目的在于提供一种磷酸锰锂
‑
石墨烯复合材料的制备方法以制备得到一种磷酸锰锂
‑
石墨烯复合材料，改善磷酸锰锂极低的电子电导率和Li
+
离子迁移率在很大程度上限制了实际应用的技术问题。
[0006]本专利技术提供的磷酸锰锂
‑
石墨烯的制备方法，包括如下步骤：
[0007]先以氧化石墨烯为生长模板，在氧化石墨烯上原位生长纳米磷酸锰锂晶体；然后将氧化石墨烯还原为石墨烯，并使得石墨烯原位包覆于纳米磷酸锰锂晶体表面，得到磷酸锰锂
‑
石墨烯复合材料。
[0008]进一步的，所述磷酸锰锂
‑
石墨烯复合材料的制备方法包括如下步骤：
[0009]将氧化石墨烯分散于溶剂中，得到氧化石墨烯溶液，然后加入锰源、锂源和磷酸根源以及还原剂，通过溶剂热反应，制备得到磷酸锰锂
‑
石墨烯复合材料。
[0010]进一步的，进行溶剂热反应时，先从室温升温至100
‑
140℃保温2
‑
5h，然后再升温至160
‑
200℃保温6
‑
12h；
[0011]优选地，从室温升温至100
‑
140℃时，升温速度为3
‑
8℃/min；
[0012]优选地，从100
‑
140℃升温至160
‑
200℃时，升温速度为5
‑
10℃/min。
[0013]进一步的，在加入锰源、锂源和磷酸根源以及还原剂的过程中，同时加入抗氧化剂；
[0014]优选地，所述抗氧化剂包括类胡萝卜素及其衍生物、抗坏血酸、抗坏血酸棕榈酸
酯、异抗坏血酸和异抗坏血酸钠中的至少一种。
[0015]进一步的，锂源中锂离子、锰源中锰离子和磷酸根源中磷酸根离子的摩尔比为3:1:1+x，其中，x为0
‑
0.5；
[0016]优选地，在进行溶剂热反应过程中，采用惰性气体保护；
[0017]优选地，所述惰性气体包括氦气、氩气和氮气中的至少一种。
[0018]进一步的，所述还原剂包括多元醇；
[0019]优选地，所述多元醇包括低碳多元醇和/或聚合多元醇；
[0020]优选地，所述低碳多元醇包括乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、丁三醇以及丁四醇中的至少一种。
[0021]进一步的，进行溶剂热反应之后，对反应后溶液进行固液分离并干燥，得到磷酸锰锂
‑
石墨烯复合材料；
[0022]优选地，干燥温度为80
‑
100℃，干燥时间为24
‑
48h。
[0023]本专利技术的第二目的在于提供一种磷酸锰锂
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石墨烯复合材料，主要由本专利技术第一目的提供的制备方法制备而成，所述磷酸锰锂
‑
石墨烯复合材料包括纳米磷酸锰锂晶体，所述纳米磷酸锰锂晶体的表面包覆有石墨烯。
[0024]进一步的，所述磷酸锰锂
‑
石墨烯复合材料为纳米片状结构，尺寸为：长100
‑
200nm，宽100
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200nm，高30
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50nm。
[0025]本专利技术的第三目的在于提供本专利技术第二目的所述的磷酸锰锂
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石墨烯复合材料在锂离子电池正极材料中的应用。
[0026]本专利技术提供的磷酸锰锂
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石墨烯复合材料的制备方法以氧化石墨烯为生长模板，使得纳米磷酸锰锂晶体原位生长于氧化石墨烯上，然后再通过将氧化石墨烯还原成柔性的石墨烯，使得石墨烯原位包覆于纳米磷酸锰锂晶体上，一方面综合利用氧化石墨烯上的带负电荷官能团的配位作用和自身大表面的位阻作用，以其作为生长模板实现原位生长和限域生长，使纳米化更加简易和高效，从而提高磷酸锰锂的Li
+
离子迁移率，另一方面利用氧化石墨烯经还原后自主发生卷曲环绕的特点，实现石墨烯的原位覆碳，石墨烯层与磷酸锰锂晶体结合紧密且均匀完整包覆，有效提高纳米磷酸锰锂
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石墨烯复合材料的电导率。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0028]图1为本专利技术实施例1提供的磷酸锰锂
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石墨烯复合材料的SEM图；
[0029]图2为本专利技术实施例1提供的磷酸锰锂
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石墨烯复合材料的TEM图。
具体实施方式
[0030]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种磷酸锰锂
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石墨烯复合材料的制备
方法，包括如下步骤：
[0032]先以氧化石墨烯为生长模板，在氧化石墨烯上原位生长纳米磷酸锰锂晶体；然后将氧化石墨烯还原为石墨烯，并使得石墨烯原位包覆于纳米磷酸锰锂晶体表面，得到磷酸锰锂
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石墨烯复合材料。
[0033]在本专利技术通过原位生长和原位包覆得到磷酸锰锂
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石墨烯复合材料，对比固相法合成磷酸锰锂，由离子尺寸自下而上反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸锰锂
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石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先以氧化石墨烯为生长模板，在氧化石墨烯上原位生长纳米磷酸锰锂晶体；然后将氧化石墨烯还原为石墨烯，并使得石墨烯原位包覆于纳米磷酸锰锂晶体表面，得到磷酸锰锂
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石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将氧化石墨烯分散于溶剂中，得到氧化石墨烯溶液，然后加入锰源、锂源和磷酸根源以及还原剂，通过溶剂热反应，制备得到磷酸锰锂
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石墨烯复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，进行溶剂热反应时，先从室温升温至100
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140℃保温2
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5h，然后再升温至160
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200℃保温6
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12h；优选地，从室温升温至100
‑
140℃时，升温速度为3
‑
8℃/min；优选地，从100
‑
140℃升温至160
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200℃时，升温速度为5
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10℃/min。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在加入锰源、锂源和磷酸根源以及还原剂的过程中，同时加入抗氧化剂；优选地，所述抗氧化剂包括类胡萝卜素及其衍生物、抗坏血酸、抗坏血酸棕榈酸酯、异抗坏血酸和异抗坏血酸钠中的至少一种。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，锂源中锂离子、锰源中锰离子和磷酸根源中磷酸根离子的摩尔比...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗熳，蒋文全，夏信德，薛建军，尹鸿章，郭亚茹，
申请(专利权)人：广州鹏辉能源科技股份有限公司珠海鹏辉能源有限公司，
类型：发明
国别省市：