一种石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法

技术领域

本发明涉及新能源材料领域，具体涉及一种石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法。

背景技术

目前广泛使用的锂离子电池正极材料主要有磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、磷酸锰铁锂、等富锂材料。随着电动汽车和电子产品的不断升级换代以及应用领域的迅速拓展，对锂离子电池的安全性和能量密度也提出了更高的要求。因此，开发具有高能量密度，并同时具有良好的循环性能、倍率放电性能及安全性能的锂离子电池正极材料对于我国装备制造和动能转换均具有重要意义。

相对于其他的锂离子正极材料，磷酸铁锂作为正极材料所形成的电池具有显著的寿命长，成本低，安全性高的突出优势，在锂离子电池市场具有较大市场占有率。具有橄榄石结构的LiFePO

但是，现阶段存在的问题是磷酸铁锂的离子传导率和电子传导率比较低，只适合在小电流密度下进行充放电，高倍率充放电是比容量降低，这些短板阻碍了该材料在更多领域的规模化应用。针对磷酸铁锂材料本身固有的不足，国内外研究开发人员对其进行了大量的改性研究来提高磷酸铁锂的导电性能。其中最重要的改性为在铁离子所在位点进行钠离子掺杂，可以大幅度同时提升离子电导率和电子电导率。另一种被方法采用的改性策略是在磷酸铁锂中引入导电性极其优良且商业化成本较低的碳组分，具体实施方法有石墨烯包覆、三维碳负载、多孔碳骨架链接等，均起到了一定的提升效果。

虽然现阶段已经开发了不少的改性方法，但是所制备的磷酸铁锂材料在导电性能和生产成本方面还不能满足产业化方面的需求。

如何提供一种倍率放电等性能优异，性价比高的磷酸铁锂，是现在亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，其具有优异的导电性能，且成本方面低廉，性价比高。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，将锂源、铁源和磷源按锂：铁：磷：摩尔比为1：1：1混合得到混合料，再将混合料加入水中，进行一次湿法球磨后得到浆料，所得浆料干燥并煅烧后得到磷酸铁锂半成品；

S2，将石墨烯和步骤S1得到的磷酸铁锂半成品进行研磨，得到正极材料；

S3，将步骤S2得到的正极材料进行喷雾干燥固化定型处理，得到石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料前驱体；

S4，将步骤S3制备的石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料前驱体进行加热处理，接着进行粉碎细化，最后再进行煅烧高温处理，得到石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料。

进一步地，所述步骤S1中锂源为碳酸锂、磷酸二氢锂、草酸锂、一水氢氧化锂中的一种或多种；

进一步地，所述步骤S1中磷源为磷酸二氢铵、磷酸、磷酸二氢锂中的一种或多种；

进一步地，所述步骤S1中铁源为铁粉、四氧化三铁中的一种；

进一步地，所述步骤S1中温度为300-400℃，2-3h。

进一步地，所述步骤S2中石墨烯和磷酸铁锂半成品质量比为2-6：100。

进一步地，所述步骤S2中研磨转速为6000-10000转/分钟，研磨时间为6-10h。

进一步地，所述步骤S3中喷雾干燥参数为：温度100-180℃，干燥时长为5-10小时。

进一步地，所述步骤S4中加热处理为200-300℃，2-5h；高温煅烧的温度为800-1200℃，煅烧时间为2-5小时。

本发明以廉价易得的铁粉、磷酸二氢铵、碳酸锂和石墨烯通过研磨、喷雾干燥、加热以及粉碎细化后煅烧处理，制备出石墨包覆磷酸铁锂正极材料。通过本发明方法制得的石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料中，石墨烯的包覆有效地控制晶粒的生长，材料内部晶粒有序排列，堆积较为密实，维持了电极材料的结构稳定性；同时石墨烯优异的导电性能加快了复合材料的电子迁移速率，有效提高电极材料的导电性。本发明提供的制备方法简单易实现、环保无污染、成本低廉。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

一种石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，将碳酸锂、铁粉和磷酸二氢铵按锂：铁：磷：摩尔比为1：1：1混合得到混合料，再将混合料加入水中，进行一次湿法球磨后得到浆料，所得浆料干燥并煅烧，煅烧温度为300℃，时间为3h，经煅烧后得到磷酸铁锂半成品；

S2，将石墨烯和步骤S1得到的磷酸铁锂半成品进行研磨，得到正极材料；其中，石墨烯和磷酸铁锂半成品质量比为2：100；研磨转速为6000转/分钟，研磨时间为10h；

S3，将步骤S2得到的正极材料进行喷雾干燥固化定型处理，得到石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料前驱体；所述喷雾干燥参数为：温度100℃，干燥时长为10小时；

S4，将步骤S3制备的石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料前驱体进行加热处理，接着进行粉碎细化，最后再进行煅烧高温处理，得到石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料；所述加热处理为200℃，5h；高温煅烧的温度为800℃，煅烧时间为5小时。

实施例2

一种石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，将磷酸二氢锂、四氧化三铁和磷酸按锂：铁：磷：摩尔比为1：1：1混合得到混合料，再将混合料加入水中，进行一次湿法球磨后得到浆料，所得浆料干燥并煅烧，煅烧温度为400℃，时间为2h，经煅烧后得到磷酸铁锂半成品；

S2，将石墨烯和步骤S1得到的磷酸铁锂半成品进行研磨，得到正极材料；其中，石墨烯和磷酸铁锂半成品质量比为6：100；研磨转速为10000转/分钟，研磨时间为6h；

S3，将步骤S2得到的正极材料进行喷雾干燥固化定型处理，得到石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料前驱体；所述喷雾干燥参数为：温度180℃，干燥时长为5小时；

S4，将步骤S3制备的石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料前驱体进行加热处理，接着进行粉碎细化，最后再进行煅烧高温处理，得到石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料；所述加热处理为300℃，2h；高温煅烧的温度为1200℃，煅烧时间为2小时。

实施例3

一种石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，将草酸锂、铁粉和磷酸二氢锂按锂：铁：磷：摩尔比为1：1：1混合得到混合料，再将混合料加入水中，进行一次湿法球磨后得到浆料，所得浆料干燥并煅烧，煅烧温度为350℃，时间为2.5h，经煅烧后得到磷酸铁锂半成品；

S2，将石墨烯和步骤S1得到的磷酸铁锂半成品进行研磨，得到正极材料；其中，石墨烯和磷酸铁锂半成品质量比为4：100；研磨转速为8000转/分钟，研磨时间为8h；

S3，将步骤S2得到的正极材料进行喷雾干燥固化定型处理，得到石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料前驱体；所述喷雾干燥参数为：温度120℃，干燥时长为6小时；

S4，将步骤S3制备的石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料前驱体进行加热处理，接着进行粉碎细化，最后再进行煅烧高温处理，得到石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料；所述加热处理为250℃，3h；高温煅烧的温度为1000℃，煅烧时间为4小时。

实施例4

一种石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，将一水氢氧化锂、四氧化三铁和磷酸二氢铵按锂：铁：磷：摩尔比为1：1：1混合得到混合料，再将混合料加入水中，进行一次湿法球磨后得到浆料，所得浆料干燥并煅烧，煅烧温度为280℃，时间为2.5h，经煅烧后得到磷酸铁锂半成品；

S2，将石墨烯和步骤S1得到的磷酸铁锂半成品进行研磨，得到正极材料；其中，石墨烯和磷酸铁锂半成品质量比为5：100；研磨转速为9000转/分钟，研磨时间为7h；

S3，将步骤S2得到的正极材料进行喷雾干燥固化定型处理，得到石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料前驱体；所述喷雾干燥参数为：温度150℃，干燥时长为8小时；

S4，将步骤S3制备的石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料前驱体进行加热处理，接着进行粉碎细化，最后再进行煅烧高温处理，得到石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料；所述加热处理为300℃，3h；高温煅烧的温度为900℃，煅烧时间为3小时。

通过本发明方法制得的石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料中，石墨烯的包覆有效地控制晶粒的生长，材料内部晶粒有序排列，堆积较为密实，维持了电极材料的结构稳定性；同时石墨烯优异的导电性能加快了复合材料的电子迁移速率，有效提高电极材料的导电性。本发明提供的制备方法简单易实现、环保无污染、成本低廉。

应理解实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作任何各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限制。