一种氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂离子电池材料的制备领域，具体涉及一种氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]LiFePO4正极材料因具有铁、磷原料丰富，价格低廉，比容量大，高温性能优异，高功率输出，循环寿命长，环境友好等优势成为电池行业的研究热点。磷酸铁锂电池有潜力大规模应用于纯电动汽车、储能装置等领域。然而磷酸铁锂存在锂离子扩散系数小、电子电导率低和振实密度低等缺点，削弱了它的大电流放电能力，阻碍了其工业化应用。本发明利用氮掺杂的石墨烯作为碳源，和LiFePO4锂离子电池正极材料进行复合，大大的提高了LiFePO4的电子传导速率和锂离子扩散速率，极大的提高了 LiFePO4的充放电比容量。目前还没有见到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料制备的相关报道。
【发明内容】
[0003]本发明目的是利用氮掺杂石墨烯和锂离子电池正极材料LiFePO4进行复合，从而大大提高LiFePO4充放电比容量。该方法具有流程短、过程简单、能耗低、成本小等优点。
[0004]本发明提供的一种氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料的制备方法包括以下步骤:
(1)将氧化石墨分散在去离子水中，待分散均匀后将氮源加入其中搅拌I?10h，得到均一稳定的分散液；
(2)将铁源、磷酸根源、锂源分散在去离子水中，搅拌均匀，得到分散液；
(3)将步骤(1)、(2)得到的分散液混合，搅拌10-48h，而后在冷冻干燥的条件下进行干燥，得到固体混合物；
(4)将步骤(3)所述固体混合物在200?500°C惰性气体保护气氛下预分解2?10h得到反应前驱体；
(5)将步骤(4)所述反应前驱体在500?800°C惰性气体保护气氛下焙烧I?24h，得到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料。
[0005]进一步的，所述步骤中(I)中氧化石墨烯或石墨烯在最终产物的质量含量为2%?10%。
[0006]进一步的，所述步骤中(I)中氧化石墨稀或石墨稀与去离子水的质量比为1:100?
1000ο
[0007]进一步的，所述步骤中(I)中氮源与氧化石墨的质量比为1:5?20
进一步的，所述步骤中(I)中氮源为尿素、三聚氰胺、氨水、多巴胺或苯胺中的至少一种。
[0008]本发明的特点是:本发明通过氮掺杂的石墨烯和LiFePO4锂离子电池正极材料的复合，大大提高了 LiFePO4充放电比容量。该方法具有流程短、过程简单、能耗低、成本小等优点。
[0009]【附图说明】:
图1是实施例2中样品的XRD图谱；
图2是实施例2中样品的SEM图谱。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
[0011]实施例1:以氧化石墨、尿素、三氯化铁、磷酸二氢铵、乙酸锂为初始原料。称取0.2g氧化石墨于10g去离子水中，超声形成均一的分散液，称取0.04g尿素加入上述分散液中，搅拌Ih;按摩尔比分别称取氯化铁、磷酸二氢铵、乙酸锂于去离子水中并分散均匀;将上述两种分散液混合，搅拌1h，而后在冷冻干燥条件下进行干燥，得到固体混合物;将所得固体混合物首先在200°C下预分解2 h制备反应前驱体，将研磨后的反应前驱体继续在500 °〇下焙烧I h即可制备得到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料。
[0012]实施例2:以氧化石墨、三聚氰胺、硝酸铁、磷酸二氢铵、乙酸锂为初始原料。称取
0.1g氧化石墨于10g去离子水中，超声形成均一的分散液，称取0.02g三聚氰胺加入上述分散液中，搅拌1h;按摩尔比分别称取硝酸铁、磷酸二氢铵、乙酸锂于去离子水中并分散均匀；将上述两种分散液混合，搅拌48h，而后在冷冻干燥条件下进行干燥，得到固体混合物；将所得固体混合物首先在500°C下预分解10 h制备反应前驱体，将研磨后的反应前驱体继续在800 °C下焙烧24 h即可制备得到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料。
[0013]实施例3:以氧化石墨、多巴胺、硝酸铁、磷酸二氢铵、乙酸锂为初始原料。称取0.1g氧化石墨于10g去离子水中，超声形成均一的分散液，称取0.02g多巴胺加入上述分散液中，搅拌5h;按摩尔比分别称取硝酸铁、磷酸二氢铵、乙酸锂于去离子水中并分散均匀;将上述两种分散液混合，搅拌24h，而后在冷冻干燥条件下进行干燥，得到固体混合物;将所得固体混合物首先在300°C下预分解5 h制备反应前驱体，将研磨后的反应前驱体继续在600 0C下焙烧10 h即可制备得到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料。
[0014]实施例4:以氧化石墨、苯胺、硫酸铁、磷酸氢二铵、硝酸锂为初始原料。称取0.3g氧化石墨于10g去离子水中，超声形成均一的分散液，称取0.05g多巴胺加入上述分散液中，搅拌5h;按摩尔比分别称取硫酸铁、磷酸氢二铵、硝酸锂于去离子水中并分散均匀;将上述两种分散液混合，搅拌12h，而后在冷冻干燥条件下进行干燥，得到固体混合物;将所得固体混合物首先在300°C下预分解4h制备反应前驱体，将研磨后的反应前驱体继续在700 °〇下焙烧10 h即可制备得到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料。
【主权项】
1.一种氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: (I)将氧化石墨分散在去离子水中，待分散均匀后将氮源加入其中搅拌I?10h，得到均一稳定的分散液； (2 )将铁源、磷酸根源、锂源分散在去离子水中，搅拌均匀，得到分散液； (3)将步骤(1)、(2)得到的分散液混合，搅拌10?48h，而后在冷冻干燥的条件下进行干燥，得到固体混合物； (4)将步骤(3)所述固体混合物在200?500°C惰性气体保护气氛下预分解2?10h得到反应前驱体； (5)将步骤(4)所述反应前驱体在500?800°C惰性气体保护气氛下焙烧I?24h，得到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料。2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤(I)所述氧化石墨烯或石墨烯在最终产物的质量含量为2%?10%。3.根据权利要求1所述的一种氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤(I)所述氧化石墨烯或石墨烯与去离子水的质量比为1:100?1000。4.根据权利要求1所述的一种氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤(I)所述氮源与氧化石墨的质量比为1:5?20。5.根据权利要求1所述的一种氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于步骤(I)所述氮源为尿素、三聚氰胺、氨水、多巴胺或苯胺中的至少一种。
【专利摘要】本发明公开了一种氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料的制备方法。即：首先将氧化石墨分散在去离子水中，待分散均匀后将氮源加入其中搅拌1~10h，得到均一稳定的分散液；其次将铁源、磷酸根源、锂源分散在去离子水中，搅拌均匀，得到分散液；将上述步骤得到的分散液混合，搅拌10~48h，而后在冷冻干燥的条件下进行干燥，得到固体混合物；将固体混合物在200～500℃下惰性气体保护气氛中预分解2～10h得到反应前驱体；将反应前驱体在500～800℃下惰性气体保护气氛中焙烧1～24h，得到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料。本方法具有流程短、过程简单、能耗低、成本小等优点。
【IPC分类】H01M10/0525, H01M4/36, H01M4/587, H01M4/58
【公开号】CN105514366
【申请号】CN201510877532
【发明人】任慢慢, 杨铭志, 刘伟良, 李刚, 李凡燕, 徐虹
【申请人】齐鲁工业大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月4日