1.本發(fā)明屬鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

2.鋰離子電池因可快速充放電、循環(huán)壽命長(zhǎng)、輸出功率大、平均輸出電壓高、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、筆記本電腦、無人機(jī)等其他電子設(shè)備中展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。在鋰離子電池中，正極材料是決定電池性能的重要部分。當(dāng)前，鋰離子電池常用正極材料有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元正極材料和錳酸鋰四種，其中，磷酸鐵鋰因具有較良好的循環(huán)性能、熱穩(wěn)定性和較低的成本被認(rèn)為是進(jìn)行大型電池模塊生產(chǎn)的最佳材料。但呈橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰具有較低的導(dǎo)電子和導(dǎo)離子能力，使得其能量密度較低、高倍率充放電性能較差，限制了其實(shí)際應(yīng)用。常用于改善磷酸鐵鋰性能的方式包括細(xì)化顆粒、離子摻雜和碳包覆。當(dāng)前對(duì)磷酸鐵鋰進(jìn)行碳包覆的工藝技術(shù)較簡(jiǎn)單，傳統(tǒng)工藝中使用的碳包覆技術(shù)不能保證得到完整的碳包覆結(jié)構(gòu)且碳包覆的磷酸鐵鋰間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)缺失，使得磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能改善不明顯，倍率性能和循環(huán)性能提升效果不明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

3.本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明采用mgo催化peg高溫條件裂解生成的石墨烯為較薄的片層結(jié)構(gòu)，具有較高的石墨化程度、較高的比表面積和較高的電子遷移速率，利用該石墨烯作為磷酸鐵鋰顆粒間的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠提高碳包覆磷酸鐵鋰正極材料整體的導(dǎo)電子能力，從而提升了其作為正極材料的倍率性能和循環(huán)性能。

4.在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括：

5.(1)將mgo和peg的混合物置于惰性氣氛下，高溫裂解，以便得到石墨烯；

6.(2)將鋰源、鐵源和磷源混合，研磨，以便得到前驅(qū)體；

7.(3)將所述石墨烯、碳源和溶劑混合，攪拌，以便得到分散液；

8.(4)將所述前驅(qū)體和所述分散液混合，研磨，干燥，在惰性氣氛下高溫?zé)Y(jié)，以便得到石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。

9.根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的方法，步驟(1)采用mgo催化peg在高溫條件下裂解碳?xì)浞肿赢a(chǎn)生碳原子，碳原子在mgo的表面擴(kuò)散、沉積并生長(zhǎng)形成石墨烯片層，生成的石墨烯片層結(jié)構(gòu)厚度大約為(約10nm)，具有較高的石墨化程度(ig/id＝1.0-1.2)、較高的比表面積(1000-2000m2/g)和較高的電子遷移速率(10

3-106s/m)，利用該石墨烯作為磷酸鐵鋰顆粒間的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠提高碳包覆磷酸鐵鋰正極材料整體的導(dǎo)電子能力，從而提升了其作為正極材料的倍率性能和循環(huán)性能。

10.另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的制備石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

11.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(1)中，所述高溫裂解的溫度為800-1200攝氏度，所述高溫裂解的時(shí)間為10-20分鐘。

12.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(1)中，所述mgo和所述peg的質(zhì)量比為1.5:(1-6)。

13.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(1)中，所述石墨烯的比表面積為1000-2000m2/g。

14.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述石墨烯的電子遷移速率為10

3-106s/m。

15.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(2)中，所述鋰源中的鋰元素、所述鐵源中的鐵元素和所述磷源中的磷元素的摩爾比為(0.95-1.1)：1：1。

16.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述鋰源選自碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、磷酸鋰和乙酸鋰的至少之一。

17.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述鐵源選自草酸亞鐵、醋酸鐵、鐵紅和磷酸亞鐵中的至少之一。

18.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述磷源選自磷酸二氫銨和磷酸氫二銨中的至少之一。

19.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(3)中，所述石墨烯與碳源的質(zhì)量比為(0.2-1)：1。

20.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述碳源選自蔗糖、葡萄糖和peg中的至少之一。

21.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(4)中，所述高溫?zé)Y(jié)的溫度為400-800攝氏度，所述高溫?zé)Y(jié)的時(shí)間為7-9小時(shí)。

22.在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述石墨烯與所述前驅(qū)體的質(zhì)量比為1:(200-300)。

23.在本發(fā)明的再一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料是采用以上實(shí)施例所述方法制備得到的。由此，提高了碳包覆磷酸鐵鋰正極材料整體的導(dǎo)電子能力，從而提升了其作為正極材料的倍率性能和循環(huán)性能。

24.在本發(fā)明的第三個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種正極片。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述正極片采用以上實(shí)施例所述方法得到的石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料制備得到，由此，所述正極片具有所述石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的所有優(yōu)點(diǎn)。

25.在本發(fā)明的第四個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種鋰離子電池。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述鋰離子電池具有以上實(shí)施例所述的正極片。由此，該鋰電池具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

26.本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

27.本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

28.圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制備石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的方法流程示意圖；

29.圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的石墨烯的tem圖；

30.圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的石墨烯的raman圖；

31.圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備的石墨烯的n2吸附脫附測(cè)試結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

32.下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

33.在本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，參考附圖1，所述方法包括：

34.s100：將mgo和peg的混合物置于惰性氣氛下，高溫裂解

35.在該步驟中，將mgo粉末和peg的混合物置于惰性氣氛下，高溫裂解，以便得到石墨烯。上述惰性氣氛的種類并不受特別限制，本領(lǐng)域人員可根據(jù)實(shí)際情況隨意選擇，優(yōu)選n2。作為一個(gè)具體示例，稱取一定比例的mgo粉末和聚乙二醇peg混合均勻，然后將混合物置于已利用n2排盡空氣且經(jīng)管式爐加熱至一定溫度的的石英管中，裂解碳化，期間保持溫度穩(wěn)定且石英管不斷通入n2。

36.根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，所述高溫裂解的溫度為800-1200攝氏度，所述高溫裂解的時(shí)間為10-20分鐘，由此，可得到石墨化程度較高，且碳結(jié)構(gòu)更完整的石墨烯。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果所述高溫裂解的溫度過低，會(huì)造成制備得到的石墨烯的石墨化程度較低，導(dǎo)電性較差，如果所述高溫裂解的溫度過高，則peg分解速度過快，導(dǎo)致大量非晶態(tài)碳在mgo表面聚集使其催化活性降低；如果所述高溫裂解的時(shí)間過短，會(huì)造成peg裂解不充分或非靜態(tài)碳向石墨烯轉(zhuǎn)化不完全，產(chǎn)率降低，如果所述高溫裂解的時(shí)間過長(zhǎng)，產(chǎn)率無影響，但會(huì)造成能耗增加。

37.根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)具體實(shí)施例，所述mgo和所述peg的質(zhì)量比為1.5:(1-6)，由此，可制備得到一定產(chǎn)量的石墨化程度較高且碳結(jié)構(gòu)較完整的石墨烯片層材料。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果所述mgo的含量過高，會(huì)造成mgo的浪費(fèi)，增加后期mgo的除去難度，如果所述mgo的含量過低，會(huì)造成peg轉(zhuǎn)化石墨烯材料的轉(zhuǎn)化率降低。

38.根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)具體實(shí)施例，該步驟制備得到的所述石墨烯的比表面積為1000-2000m2/g，由此，在充放電過程中可提供更多的電子、離子傳輸位點(diǎn)。

39.根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)具體實(shí)施例，該步驟制備得到的所述石墨烯的電子遷移速率為10

3-106s/m，由此，可提高電子傳輸速率。

40.在本發(fā)明的實(shí)施例中，經(jīng)過上述高溫裂解后還包括如下步驟：將高溫裂解后的碳化產(chǎn)物冷卻至室溫，收集碳化產(chǎn)物，并利用酸溶液(例如稀鹽酸)多次酸洗，使催化劑mgo與酸溶液反應(yīng)并溶于酸溶液中，最后經(jīng)去離子水、無水乙醇在超聲機(jī)中清洗，過濾得到最終產(chǎn)物，即石墨烯。

41.在本發(fā)明的實(shí)施例中，mgo粉末的來源并不受特別限制，可以購(gòu)買也可以自行合成，作為一個(gè)具體示例，首先將無機(jī)鹽硝酸鎂利用粉碎機(jī)粉碎，并將該硝酸鎂粉末與聚乙二

醇peg按照一定的質(zhì)量比例混合并揉搓成團(tuán)，置于干凈干燥的燒杯中，保鮮膜封口，并在常溫下放置12h以上，保證peg與硝酸鎂粉末充分浸潤(rùn)；然后將上述硝酸鎂和peg的混合物置于馬弗爐中，在550-650℃條件下燒結(jié)1h，冷卻后即得到氧化鎂mgo粉末。

42.s200：將鋰源、鐵源和磷源混合，研磨

43.在該步驟中，將鋰源、鐵源和磷源混合，研磨(粗磨和細(xì)磨)，以便得到前驅(qū)體。

44.根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)具體實(shí)施例，所述鋰源中的鋰元素、所述鐵源中的鐵元素和所述磷源中的磷元素的摩爾比為(0.95-1.1)：1：1，由此，制備得到磷酸鐵鋰產(chǎn)物，并保證鋰源的充分轉(zhuǎn)化。

45.在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述鋰源的具體種類并不受特別限制，本領(lǐng)域人員可根據(jù)實(shí)際需要隨意選擇，作為一種優(yōu)選的方案，所述鋰源選自碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、磷酸鋰和乙酸鋰的至少之一。

46.在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述鐵源的具體種類并不受特別限制，本領(lǐng)域人員可根據(jù)實(shí)際需要隨意選擇，作為一種優(yōu)選的方案，所述鐵源選自草酸亞鐵、醋酸鐵和磷酸亞鐵中的至少之一。

47.在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述磷源的具體種類并不受特別限制，本領(lǐng)域人員可根據(jù)實(shí)際需要隨意選擇，作為一種優(yōu)選的方案，所述磷源選自磷酸二氫銨和磷酸氫二銨中的至少之一。

48.s300：將所述石墨烯、碳源和溶劑混合，攪拌

49.在該步驟中，將所述石墨烯、碳源和溶劑混合，攪拌1.5-2.5小時(shí)，以便得到分散液。

50.根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)具體實(shí)施例，所述石墨烯和所述碳源的質(zhì)量比為(0.2-1)：1，由此，可制備得到比表面積適當(dāng)且電導(dǎo)率良好的石墨烯-c包覆磷酸鐵鋰，若石墨烯占比過低，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電性提升不明顯，如石墨烯占比過高，則會(huì)導(dǎo)致石墨烯-c包覆磷酸鐵鋰比表面積太大，容易出現(xiàn)顆粒團(tuán)聚。

51.在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述碳源的具體種類并不受特別限制，本領(lǐng)域人員可根據(jù)實(shí)際需要隨意選擇，作為一種優(yōu)選的方案，所述碳源選自蔗糖、葡萄糖和peg中的至少之一。

52.在本發(fā)明的實(shí)施例中，上述溶劑的具體種類并不受特別限制，本領(lǐng)域人員可根據(jù)實(shí)際需要隨意選擇，只能達(dá)到分散石墨烯和碳源的作用且在后續(xù)干燥步驟中容易除去即可，例如乙醇。

53.s400：將所述前驅(qū)體和所述分散液混合，研磨，干燥，在惰性氣氛下高溫?zé)Y(jié)

54.在該步驟中，將所述前驅(qū)體和所述分散液混合，經(jīng)研磨(粗磨加細(xì)磨)降低前驅(qū)體粒徑至350-650nm，并使其形狀大小更均勻，噴霧干燥后得到表面包裹有石墨烯和碳源前驅(qū)體顆粒；惰性氣體氛圍中在高溫窯爐中高溫?zé)Y(jié)，前驅(qū)體經(jīng)氧化還原反應(yīng)生成磷酸鐵鋰，同時(shí)碳源經(jīng)高溫裂化形成非晶態(tài)碳沉積在磷酸鐵鋰表面并生長(zhǎng)形成碳包覆層；冷卻粉碎后即得到石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。上述惰性氣氛的種類并不受特別限制，本領(lǐng)域人員可根據(jù)實(shí)際情況隨意選擇ar、n2、他們與h2的混合氣體或其他惰性氣體，優(yōu)選n2。

55.根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)具體實(shí)施例，所述高溫?zé)Y(jié)的溫度為400-800℃，所述高溫?zé)Y(jié)的時(shí)間為7-9小時(shí)，由此，得到細(xì)而均勻、晶型較完整且fe

3+

相雜質(zhì)少的磷酸鐵鋰結(jié)構(gòu)。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果所述高溫?zé)Y(jié)的溫度過低，會(huì)造成非晶結(jié)構(gòu)的形成及納米fe

3+

相雜質(zhì)存在，

甚至無法合成目標(biāo)產(chǎn)物，如果所述高溫?zé)Y(jié)的溫度過高，會(huì)造成晶體顆粒較大，磷酸鐵鋰成品粒徑增大；如果所述高溫?zé)Y(jié)的時(shí)間過短，會(huì)造成磷酸鐵鋰晶型轉(zhuǎn)化不完全及成品生長(zhǎng)粒徑過小，容易出現(xiàn)團(tuán)聚，如果所述高溫?zé)Y(jié)的時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)造成磷酸鐵鋰成品粒徑生長(zhǎng)過大，電子、離子傳輸能力降低。

56.根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)具體實(shí)施例，所述石墨烯的添加量占磷酸鐵鋰成品的0.3-10％，由此，可得到導(dǎo)電性好且較大比表面積的石墨烯-c包覆磷酸鐵鋰。將所述石墨烯與所述前驅(qū)體的質(zhì)量比限定在上述范圍內(nèi)是因?yàn)榘l(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果所述石墨烯的含量過高，會(huì)造成石墨烯-c包覆磷酸鐵鋰的比表面積過大，易造成顆粒團(tuán)聚，如果所述石墨烯的含量過低，會(huì)造成石墨烯-c包覆磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率的提高改善效果不明顯。

57.根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的方法，步驟(1)采用mgo催化peg高溫條件裂解生成的石墨烯為較薄的片層結(jié)構(gòu)，具有較高的石墨化程度、比表面積和電子遷移速率，利用該石墨烯作為磷酸鐵鋰顆粒間的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠提高碳包覆磷酸鐵鋰正極材料整體的導(dǎo)電子能力，從而提升了其作為正極材料的倍率性能和循環(huán)性能。

58.在本發(fā)明的再一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料是采用以上實(shí)施例所述方法制備得到的。由此，提高了碳包覆磷酸鐵鋰正極材料整體的導(dǎo)電子能力，從而提升了其作為正極材料的倍率性能和循環(huán)性能。

59.在本發(fā)明的第三個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種正極片。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述正極片采用以上實(shí)施例所述方法得到的石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料制備得到，由此，所述正極片具有所述石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的所有優(yōu)點(diǎn)。

60.在本發(fā)明的第四個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種鋰離子電池。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述鋰離子電池具有以上實(shí)施例所述的正極片。由此，該鋰電池具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

61.下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，需要說明的是下面描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。另外，如果沒有明確說明，在下面的實(shí)施例中所采用的所有試劑均為市場(chǎng)上可以購(gòu)得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，對(duì)于沒有列出的反應(yīng)條件，也均為本領(lǐng)域技術(shù)人員容易獲得的。

62.實(shí)施例1

63.包括如下步驟：

64.(1)石墨烯的制備：稱取一定比例的mgo粉末和聚乙二醇peg混合均勻，mgo粉末和聚乙二醇peg的質(zhì)量比為1.5：6，然后將混合物置于已利用n2排盡空氣且經(jīng)管式爐加熱至1000℃的石英管中，裂解碳化10min，期間保持溫度穩(wěn)定且石英管不斷通入n2。取出石英管待冷卻至室溫后，收集碳化產(chǎn)物，并利用稀鹽酸多次酸洗。最后經(jīng)去離子水、無水乙醇在超聲機(jī)中清洗后過濾得到最終產(chǎn)物，即石墨烯。對(duì)該石墨烯進(jìn)行tem、raman和比表面積測(cè)試。tem圖如附圖2所示，從附圖2中可以看出得到的碳材料為納米級(jí)片層結(jié)構(gòu)且表面具有豐富密集的孔結(jié)構(gòu)。由圖3所示raman結(jié)果分析可得出碳產(chǎn)品具有較高的石墨化程度；從圖4中n2吸附脫附測(cè)試結(jié)果可分析得到，碳產(chǎn)品的比表面積達(dá)1400m2/g，說明該步驟中得到的碳產(chǎn)品為具有高表面積的片層狀石墨烯材料。

65.(2)石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰的制備：稱取一定比例的碳酸鋰、鐵紅粉和磷酸二氫銨混合并利用球磨機(jī)進(jìn)行分散、粗磨、細(xì)磨至500nm粒徑，鋰源中的鋰元素、鐵源中的鐵元素和磷源中的磷元素的摩爾比為1：1：1，得到前驅(qū)體；將石墨烯分散到乙醇中，并加入碳源，石墨烯和碳源的質(zhì)量比為0.2：1，攪拌2h后加入到前驅(qū)體中并利用球磨機(jī)粗磨、細(xì)磨，其中，石墨烯和前驅(qū)體的質(zhì)量比為1：300。經(jīng)噴霧干燥后，在惰性氣體保護(hù)下在800℃高溫窯爐中燒結(jié)8小時(shí)，冷卻粉碎后得到石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰材料。

66.(3)電導(dǎo)率測(cè)試：

67.a：對(duì)上述石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰材料進(jìn)行粉末電阻測(cè)試，粉末電阻測(cè)試結(jié)果見表1。

68.b：將上述石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰材料作為正極材料，按照磷酸鐵鋰：導(dǎo)電劑(sp)：正極粘結(jié)劑(pvdf)＝90％：5％：5％的重量比在攪拌罐中以800rpm/min的轉(zhuǎn)速分散30分鐘混合均勻，然后加入nmp在2500rpm/min的轉(zhuǎn)速下攪拌3h制備具有合適固含量(60％)和適當(dāng)流動(dòng)性(6000mpa

·

s)的漿料。經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾后利用漿料電阻率測(cè)試儀對(duì)漿料電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)試，漿料電導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果見表2。

69.c：將上述石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰材料作為正極材料，按照磷酸鐵鋰：導(dǎo)電劑(sp)：正極粘結(jié)劑(pvdf)＝90％：5％：5％的重量比在攪拌機(jī)中以800rpm/min的轉(zhuǎn)速分散30分鐘混合均勻，然后加入n-甲基吡咯烷酮，在2500rpm/min的轉(zhuǎn)速下攪拌3h制備具有合適固含量(60％)和適當(dāng)流動(dòng)性(6000mpa

·

s)的漿料。經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾后，利用轉(zhuǎn)移式涂布機(jī)在涂炭鋁箔上涂布具有一定涂布質(zhì)量的雙面涂布極片；涂布完成并烘干后利用輥壓機(jī)對(duì)極片進(jìn)行冷壓得到輥壓后極片，并對(duì)其進(jìn)行膜片電阻測(cè)試，膜片電阻測(cè)試結(jié)果見表3。

70.實(shí)施例2

71.在石墨烯的制備的制備過程中，mgo粉末和聚乙二醇peg的質(zhì)量比為1.5：6，裂解碳化的溫度為800℃，時(shí)間為20min。在石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰的制備過程中，石墨烯和碳源的質(zhì)量比為0.5：1，石墨烯和前驅(qū)體的質(zhì)量比為1:250，高溫?zé)Y(jié)的溫度為790℃，時(shí)間為9小時(shí)。其他內(nèi)容均與實(shí)施例1相同。

72.實(shí)施例3

73.在石墨烯的制備的制備過程中，mgo粉末和聚乙二醇peg的質(zhì)量比為1.5：6，裂解碳化的溫度為1000℃，時(shí)間為10min。在石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰的制備過程中，石墨烯和碳源的質(zhì)量比為0.8：1，石墨烯和前驅(qū)體的質(zhì)量比為1:225，高溫?zé)Y(jié)的溫度為800℃，時(shí)間為7小時(shí)。其他內(nèi)容均與實(shí)施例1相同。

74.實(shí)施例4

75.在石墨烯的制備的制備過程中，mgo粉末和聚乙二醇peg的質(zhì)量比為1.5：6，裂解碳化的溫度為1200℃，時(shí)間為10min。在石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰的制備過程中，石墨烯和碳源的質(zhì)量比為1:1，石墨烯和前驅(qū)體的質(zhì)量比為1:200。其他內(nèi)容均與實(shí)施例1相同。

76.對(duì)比例1

77.該對(duì)比例制備的是碳包覆磷酸鐵鋰，其制備過程中沒有添加石墨烯，其他內(nèi)容均與實(shí)施例1相同。

78.表1

[0079][0080]

表2

[0081][0082]

表3

[0083][0084]

從表1-3中可以看出，與對(duì)比例1相比，實(shí)施例1-4的石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰材料的粉末電阻率以及漿料電阻率顯著降低，且實(shí)施例1-4的膜片電阻也明顯降低。

[0085]

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

[0086]

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。技術(shù)特征：

1.一種制備石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的方法，其特征在于，包括：(1)將mgo和peg的混合物置于惰性氣氛下，高溫裂解，以便得到石墨烯；(2)將鋰源、鐵源和磷源混合，研磨，以便得到前驅(qū)體；(3)將所述石墨烯、碳源和溶劑混合，攪拌，以便得到分散液；(4)將所述前驅(qū)體和所述分散液混合，研磨，干燥，在惰性氣氛下高溫?zé)Y(jié)，以便得到石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述高溫裂解的溫度為800-1200攝氏度，所述高溫裂解的時(shí)間為10-20分鐘。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述mgo和peg的質(zhì)量比為1.5:(1-6)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述石墨烯的比表面積為1000-2000m2/g；任選地，所述石墨烯的電子遷移速率為10

3-106s/m。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述鋰源中的鋰元素、所述鐵源中的鐵元素和所述磷源中的磷元素的摩爾比為(0.95-1.1)：1：1；任選地，所述鋰源選自碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰、磷酸鋰和乙酸鋰的至少之一；任選地，所述鐵源選自草酸亞鐵、醋酸鐵和磷酸亞鐵中的至少之一；任選地，所述磷源選自磷酸二氫銨和磷酸氫二銨中的至少之一。6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述石墨烯與碳源的質(zhì)量比為(0.2-1)：1；任選地，所述碳源選自蔗糖、葡萄糖、淀粉和peg中的至少之一。7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述高溫?zé)Y(jié)的溫度為400-800攝氏度，所述高溫?zé)Y(jié)的時(shí)間為7-9小時(shí)；任選地，所述石墨烯與所述前驅(qū)體的質(zhì)量比為1:(200-300)。8.一種石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料，其特征在于，所述石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料是采用權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述方法制備得到的。9.一種正極片，其特征在于，所述正極片采用權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述方法得到的石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料制備得到。10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池具有權(quán)利要求9所述的正極片。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法和應(yīng)用，方法包括：(1)將MgO和PEG的混合物置于惰性氣氛下，高溫裂解，以便得到石墨烯；(2)將鋰源、鐵源和磷源混合，研磨，以便得到前驅(qū)體；(3)將石墨烯、碳源和溶劑混合，攪拌，以便得到分散液；(4)將前驅(qū)體和分散液混合，研磨，干燥，在惰性氣氛下高溫?zé)Y(jié)，以便得到石墨烯-碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。本發(fā)明采用MgO催化PEG高溫條件裂解生成的石墨烯為較薄的片層結(jié)構(gòu)，具有較高的石墨化程度、比表面積和電子遷移速率，利用該石墨烯作為磷酸鐵鋰顆粒間的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠提高碳包覆磷酸鐵鋰正極材料整體的導(dǎo)電子能力，提升其作為正極材料的倍率性能和循環(huán)性能。正極材料的倍率性能和循環(huán)性能。正極材料的倍率性能和循環(huán)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：余麗麗 廖林萍

受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門海辰新能源科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.04.11

技術(shù)公布日：2022/7/21