專利名稱：一種磷酸鐵鋰復(fù)合材料、其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磷酸鐵鋰復(fù)合材料、其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，鋰離子電池正極材料集中于鋰的過(guò)渡金屬氧化物如層狀結(jié)構(gòu)的 LiMO2 (M = Co, Ni,Mn)和尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn204。作為正極材料它們各具特色，LiCoO2成本高，資源貧乏，毒性大；LiNW2制備困難，熱穩(wěn)定性差；LiMn2O4容量較低，循環(huán)穩(wěn)定性較差。 Lii^ePO4原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、無(wú)環(huán)境污染、材料的熱穩(wěn)定性好，所制備電池的安全性能突出，使其成為最具開發(fā)和應(yīng)用潛力的新一代鋰離子電池正極材料。但是現(xiàn)有技術(shù)磷酸鐵鋰復(fù)合材料的導(dǎo)電率低，充放電倍率低，不能夠快速充放電。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供一種磷酸鐵鋰復(fù)合材料，解決用現(xiàn)有技術(shù)中磷酸鐵鋰復(fù)合材料制備的電池不能夠快速充放電的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種磷酸鐵鋰復(fù)合材料，所述磷酸鐵鋰復(fù)合材料為內(nèi)核為磷酸鐵鋰納米晶粒的納米級(jí)微粒結(jié)構(gòu)，所述納米級(jí)微粒結(jié)構(gòu)外表面有納米碳微粒包覆層，所述納米碳微粒包覆層外表面包覆有石墨烯，所述磷酸鐵鋰納米晶粒的化學(xué)組成為 LiFe1JMxPO4,其中M為金屬離子，0. 001彡χ < 1。本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供一種磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟按照金屬Μ、鐵元素和磷元素摩爾比為χ I-X 1，配制鐵鹽混合溶液；將上述混合溶液加入有機(jī)碳源水溶液中，于20-80°C水浴溫度下混合反應(yīng)0. 5 5 小時(shí)，且混合反應(yīng)體系的PH值控制在1 7，制得有機(jī)碳源包覆化學(xué)組成為!^hMxPO4納米粒子，其中M為金屬離子，0. 001 ^ χ < 1 ；將上述制得的有機(jī)碳源包覆的納米粒子和鋰源化合物加入氧化石墨烯水溶液，攪拌、混合，隨后干燥除溶劑、研磨得到前軀體；將前軀體在還原氣氛、400-1000°C溫度條件下煅燒I-M小時(shí)，得到所述磷酸鐵鋰復(fù)合材料。本發(fā)明實(shí)施例還提供上述磷酸鐵鋰復(fù)合材料在鋰離子電池或正極材料中的應(yīng)用。本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料，通過(guò)納米碳微粒包覆磷酸鐵鋰晶粒、石墨烯摻雜以及在磷酸鐵鋰晶粒中摻雜金屬離子，使得本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的導(dǎo)電性能得到極大提高，同時(shí)由于磷酸鐵鋰晶粒為納米粒徑，保證了本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料能夠快速充放電。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料電鏡掃描照片(倍率X 10000)；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料X射線衍射圖3是本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料阿濱電池測(cè)試結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例提供一種磷酸鐵鋰復(fù)合材料，所述磷酸鐵鋰復(fù)合材料為內(nèi)核為磷酸鐵鋰納米晶粒的納米級(jí)微粒結(jié)構(gòu)，所述納米級(jí)微粒結(jié)構(gòu)外表面有納米碳微粒包覆層，所述納米碳微粒包覆層外表面包覆有石墨烯，所述磷酸鐵鋰納米晶粒的化學(xué)組成為 LiFe1JMxPO4,其中M為金屬離子，0. 001彡χ < 1。本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料為內(nèi)核為磷酸鐵鋰納米晶粒的納米級(jí)微粒結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例復(fù)合材料以納米級(jí)磷酸鐵鋰晶粒(即磷酸鐵鋰納米晶粒)為基本組成單元，該納米級(jí)磷酸鐵鋰晶粒表面有納米碳微粒包覆層，形成納米碳微粒包覆磷酸鐵鋰晶粒， 同時(shí)在該納米碳微粒包覆層外表面包覆有石墨烯，具體講，石墨烯包覆在納米碳微粒包覆磷酸鐵鋰納米晶粒外表面，優(yōu)選的為該石墨烯表面附著有納米碳微粒包覆磷酸鐵鋰晶粒。 通過(guò)磷酸鐵鋰晶粒中摻雜金屬M(fèi)離子、納米碳微粒包覆以及石墨烯摻雜，使得磷酸鐵鋰復(fù)合材料的導(dǎo)電性能得到大大提高，大大提高了其充放電性能，減少了磷酸鐵鋰復(fù)合材料在充放電中的極化現(xiàn)象，同時(shí)，該磷酸鐵鋰復(fù)合材料由納米磷酸鐵鋰晶粒構(gòu)成，磷酸鐵鋰晶粒的粒徑小于lOOnm。高導(dǎo)電性能和納米粒徑兩個(gè)特征的結(jié)合，使得本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料具有快速充放電性能。請(qǐng)參閱圖1，圖1顯示本發(fā)明實(shí)施例磷酸鐵鋰復(fù)合材料包括磷酸鐵鋰納米晶粒，該磷酸鐵鋰納米晶粒的粒徑在IOOnm以下，該磷酸鐵鋰納米晶粒呈類球形。本發(fā)明實(shí)施例中的磷酸鐵鋰納米晶粒，表面被納米碳微粒包覆，優(yōu)選的是納米碳微粒完全包覆，該納米碳微粒是制備過(guò)程中，有機(jī)碳源經(jīng)過(guò)煅燒、碳化而得到。碳是優(yōu)良的導(dǎo)電材料，并且本發(fā)明實(shí)施例中的磷酸鐵鋰晶粒被納米碳微粒包覆，這大大增加了本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，提高了本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的充放電倍率性，極大減輕充放電過(guò)程中的極化現(xiàn)象。由于石墨烯也是非常優(yōu)異的導(dǎo)電材料，進(jìn)一步大大提高了本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的石墨烯為分子級(jí)石墨烯單片或2-100該分子級(jí)石墨烯單片的聚集體。該磷酸鐵鋰晶粒的化學(xué)組成為L(zhǎng)iFei_xMxP04，其中，M為金屬離子，優(yōu)選為化學(xué)價(jià)位高的金屬離子，包括鎂、鉻、銅、鋅、錳等金屬離子中的一種或以上。X的取值為，0.001 Sx < 1，優(yōu)選的0. 003 ^ X ^ 0. 3。在磷酸鐵鋰晶格中摻雜M金屬離子，進(jìn)一步提高本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。金屬M(fèi)離子在制備過(guò)程中，通過(guò)共沉淀方法摻雜到磷酸鐵納米粒子中，保證了金屬M(fèi)離子均勻摻雜到磷酸鐵納米粒子中，使得本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料導(dǎo)電性能得到提高。本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰的制備方法，具體步驟如下a)按照金屬M(fèi)、鐵元素和磷元素摩爾比為χ l-χ 1，配制鐵鹽混合溶液；在步驟a)中，制備含化學(xué)組成為!^hMxPO4納米粒子的溶液，通過(guò)含有狗3+的化合物或其溶液、金屬M(fèi)離子的化合物或其溶液、含有PO43-的化合物或其溶液在溶劑中反應(yīng)制得。上述含有!^3+的化合物包括但不限于氧化鐵、硫酸鐵、檸檬酸鐵，也可以由含有狗2+的化合物如四氧化三鐵、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、磷酸亞鐵氨、磷酸亞鐵、檸檬酸亞鐵、氧化亞鐵等通過(guò)氧化而得到含有1 3+的化合物，所使用的氧化劑沒(méi)有種類的限制，優(yōu)選的為過(guò)硫酸銨、次氯酸鈉、質(zhì)量百分含量為30%的過(guò)氧化氫、固體雙氧水中的一種或以上，氧化劑濃度為0. 2-6mol/L，使用過(guò)量的氧化劑，保證所有的亞鐵離子都能夠被氧化成三價(jià)鐵離子。含有金屬M(fèi)離子的化合物，例如氯化鎂、氧化鉻、氯化鋅、硫酸銅等的一種或幾種。含有Po/—的化合物包括但不限于磷酸、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫鋰、磷酸亞鐵氨或磷酸銨等，也可以使用五氧化二磷，五氧化二磷在水溶液中和水反應(yīng)，生成磷酸。本步驟中使用的鐵源(即含有!^3+或亞鐵離子的化合物)，在溶劑中能夠電離出鐵離子或亞鐵離子，金屬M(fèi)的化合物能夠電離出M金屬離子，磷源(含有PO43-的化合物)能夠電離出磷酸根離子，或者不能夠電離出離子，但是三個(gè)化合物在溶劑中能夠發(fā)生反應(yīng)，生成金屬M(fèi)摻雜的磷酸鐵沉淀，例如氧化鐵、氧化鎂和磷酸的組合。本步驟中，使用的M金屬離子、鐵離子及磷的摩爾比為χ (1-x) 1，本步驟的反應(yīng)式表示為xM+(1-x) Fe3++P0廣一LiFehMxPO4,其中，0.001 彡 χ < 1，M 為金屬 M 離子，包括鎂離子、鉻離子、鋅離子、銅離子、錳離子等金屬離子中的一種或以上。金屬M(fèi)和鐵離子、磷酸根離子，通過(guò)共沉淀的方法，形成金屬M(fèi)離子摻雜的磷酸鐵沉淀，得到金屬M(fèi)摻雜的磷酸鐵晶格，在生成沉淀時(shí)，沉淀表面帶有三價(jià)鐵離子，從而引發(fā)有機(jī)碳源在其表面聚合。通過(guò)該反應(yīng)，得到含化學(xué)組成為I^hMxPO4納米粒子的溶液。b)將上述混合溶液加入有機(jī)碳源水溶液中，于20-60°C水浴溫度下混合反應(yīng) 0. 5 5小時(shí)，且混合反應(yīng)體系的pH值控制在1 7，制得有機(jī)碳源包覆化學(xué)組成為 Fe1-APO4納米粒子，其中M為金屬離子，0. 001 ^ χ < 1 ；該有機(jī)碳源是指能夠在化學(xué)組成為 ^_χΜχΡ04納米粒子表面聚合并且在 400-1000°C溫度下能夠分解的有機(jī)碳源，優(yōu)選的為苯胺單體或其衍生物、吡咯單體或其衍生物以及噻吩單體或其衍生物等。加入有機(jī)碳源，通過(guò)I^hMxPO4納米粒子表面三價(jià)鐵離子的氧化作用，使得有機(jī)碳源在化學(xué)組成為I^hMxPO4納米粒子外表面聚合，同時(shí)，有機(jī)碳源自身也會(huì)產(chǎn)生聚合，從而包覆化學(xué)組成為I^hMxPO4納米粒子。有機(jī)碳源的用量為化學(xué)組成為 Fe1^xMxPO4納米粒子質(zhì)量的8-100%。上述含化學(xué)組成為I^hMxPO4納米粒子的溶液通過(guò)蠕動(dòng)泵泵入有機(jī)碳源水溶液中，用堿性劑或酸性劑維持體系的PH值在1-7，該堿性劑可以為各種堿性劑，優(yōu)選的為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀等，酸性劑為醋酸或者鹽酸等。同時(shí)將體系的溫度控制在20-60°C，可以使用水浴加熱的方式，控制反應(yīng)的溫度。 攪拌反應(yīng)0. 5-5小時(shí)，反應(yīng)物停止添加之后繼續(xù)攪拌0. 5-5小時(shí)。本步驟中，反應(yīng)體系的pH 值為1-7，屬于較強(qiáng)的酸性環(huán)境，在此環(huán)境下，使得有機(jī)碳源能夠更好的聚集在上述化學(xué)組成為I^hMxPO4納米粒子表面。在步驟c)中，將上述制得的有機(jī)碳源包覆的納米粒子和鋰源化合物加入氧化石墨烯水溶液，攪拌、混合，隨后干燥除溶劑、研磨得到前軀體；氧化石墨烯的制備方法根據(jù)改進(jìn)的hummers方法(J. Am. Chem. Soc.，1958,80 (6)， 1339-1339，Preparation of Graphitic Oxide)，加入氧化石墨烯后，有機(jī)碳源的官能團(tuán)和氧化石墨烯表面的官能團(tuán)發(fā)生有機(jī)反應(yīng)而使得有機(jī)碳源和石墨烯相連接在一起。鋰的源化合物包括但不限于氧化鋰、氫氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、磷酸鋰、磷酸二氫鋰、氟化鋰等中的一種或以上。氧化石墨烯的質(zhì)量為化學(xué)組成為L(zhǎng)iFei_xMxP04納米粒子質(zhì)量的0. 1-99% ；鋰的源化合物的摩爾量和化學(xué)組成為I^hMxPO4納米粒子摩爾量之比為1 1;攪拌處理使得混合溶液混合均勻。本步驟中，干燥的方法沒(méi)有限制，例如加熱干燥、烘箱干燥等，烘干后，將產(chǎn)物進(jìn)行研磨，得到磷酸鐵鋰復(fù)合材料的前軀體。在步驟d)中，將前軀體在還原氣氛、400-1000°C溫度條件下，煅燒H4小時(shí)，得到磷酸鐵鋰復(fù)合材料。本步驟的還原氣氛包括各種還原氣氛，優(yōu)選的例如10%氮?dú)夂?0%氫氣、20%氬氣和80% —氧化碳等，溫度升溫速度為2-10°C/min。高溫煅燒后，自然冷卻，晶化得到本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料。前軀體經(jīng)過(guò)還原氣氛下煅燒處理，有機(jī)碳源被分解為碳單質(zhì)和氣體，使得磷酸鐵鋰晶粒被納米碳微粒包覆；氧化石墨烯也被還原為石墨烯，由于納米碳微粒的包覆和石墨烯的摻雜使得磷酸鐵鋰復(fù)合材料的導(dǎo)電性大大提高。同時(shí)，經(jīng)過(guò)煅燒處理，鋰離子擴(kuò)散至金屬M(fèi)摻雜的磷酸鐵晶格中，得到金屬M(fèi)摻雜的磷酸鐵鋰納米晶粒。本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步提供上述磷酸鐵鋰復(fù)合材料在鋰離子電池或正極材料中的應(yīng)用。本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的有益效果本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料通過(guò)碳包覆，大大增加了本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，同時(shí)摻雜石墨烯也大大提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，提高了本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的充放電倍率性，極大減輕充放電過(guò)程中的極化現(xiàn)象。在磷酸鐵鋰晶格中摻雜M金屬離子，進(jìn)一步提高本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。金屬M(fèi)離子在制備過(guò)程中，通過(guò)共沉淀的方法摻雜到磷酸鐵納米粒子中，保證了金屬M(fèi)離子均勻的摻雜到磷酸鐵納米粒子中，使得本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料導(dǎo)電性能得到提高。因此本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的導(dǎo)電性非常高，同時(shí)，由于磷酸鐵鋰晶粒的粒徑在納米級(jí)，這兩個(gè)性能結(jié)合在一起，使得本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料具有快速充放電性能。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明制備方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。實(shí)施例一化學(xué)組成為L(zhǎng)ii^ea8Cra2PO4磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下I)在水溶液中加入硝酸鐵、85%的磷酸、硝酸鉻，其中P的摩爾數(shù)與!^e和Cr的總摩爾數(shù)的之比為1 1，硝酸鐵濃度為2mol/L，硝酸鉻與硝酸鐵的摩爾比為1 4;II)配制6mol/L的氨水溶液IOOml ；
III) 50ml的去離子水于燒杯中并加入8g的苯胺單體，在攪拌的條件下(500rpm/ min)用蠕動(dòng)泵連續(xù)同時(shí)將上述I)獲得溶液輸入盛有苯胺單體的溶液中，用上述氨水溶液控制反應(yīng)體系的PH值為2. 0，在50°C下反應(yīng)2小時(shí)，控制蠕動(dòng)泵的流量為0. 45ml/min,攪拌反應(yīng)2小時(shí)后，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，將沉淀離心洗滌得到聚苯胺包覆的!^a8Cra2PO4納米粒子。IV)配制氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯的制備方法是根據(jù)改進(jìn)的hummers方法， (J. Am. Chem. Soc.，1958,80 (6)，1339-1339，Preparation of Graphitic Oxide)，然后將 IOg溶解在IOmL的水中，形成濃度為lg/mL的氧化石墨烯水溶液，得到褐色的溶液體系；V)取上述聚苯胺包覆的!^ea8Cra2PO4納米粒子0. lmol、氧化石墨烯水溶液(其中含氧化石墨烯5g)進(jìn)行均勻混合，并向混合體系中加入10. 2gLiAc · 2H20，充分劇烈的攪拌至均勻混合，得到混合液；VI)干燥除水將步驟V)所得到的混合液攪拌升溫至70°C，直至體系變成泥漿狀后，放入鼓風(fēng)干燥箱中80°C繼續(xù)干燥去除其余的水分，得到磷酸鐵鋰復(fù)合材料前軀體；VII)高溫Ar/H2還原將上述VI)得到的前軀體放入管式爐中，從室溫升至800°C 并保溫12h，并通入Ar/H2 (體積比例為90 10)氣體，升溫速度為5°C/min，自然冷卻得到本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料。電池組裝及性能測(cè)試分別取本發(fā)明的磷酸鐵鋰復(fù)合材料、乙炔黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)按質(zhì)量比 84 8 8的比例進(jìn)行配制，均勻混合后涂覆于鋁箔上制成正極片，接下來(lái)以金屬鋰為負(fù)極，聚丙烯薄膜為隔膜，lmol/L的LiPF6的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)(體積比 1 1)的混合液為電解液，在氬氣氣氛的手套箱中，在水分含量小于1. Oppm時(shí)按順序組裝成扣式電池，靜置1 后待測(cè)試。電池的充放電制度為充電時(shí)，按電池的比容量大小及充放電倍率設(shè)定充放電電流，進(jìn)行恒流充放電，待電池電壓達(dá)到4. 2V后，系統(tǒng)休息lOmin。本文充電0. 2C，放電電流為1C，放電時(shí)待電池電壓下降到2. 4V時(shí)，電路自動(dòng)終止放電(IC= 170mA/g)，然后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。請(qǐng)參閱圖2和圖3，圖2是本發(fā)明實(shí)施例制備的磷酸鐵鋰復(fù)合材料X射線衍射測(cè)試結(jié)構(gòu)。由圖2中可看出，該磷酸鐵鋰復(fù)合材料衍射峰尖銳，對(duì)照J(rèn)PCPDSG0-1499)標(biāo)準(zhǔn)卡可知，該材料具有結(jié)晶完整、單一的橄欖石結(jié)構(gòu)。從圖中還可以看出，碳和石墨稀的加入，沒(méi)有影響晶體結(jié)構(gòu)。圖3說(shuō)明，在IC條件下材料的放電容量為151mAh/g，接近理論容量具有較好的倍率性能。實(shí)施例二化學(xué)組成為L(zhǎng)ii^ea7Cra3PO4磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，具體步驟如下I)在水溶液中加入硝酸鐵、硝酸鉻，硝酸鐵濃度為2mol/L，硝酸鉻與硝酸鐵的摩爾比為3 7；II)配制3mol/L的氨水溶液100ml ；III) 50ml的去離子水于燒杯中并加入8g的苯胺單體和磷酸二氫氨(P與鐵和鉻的總摩爾數(shù)比為1 1)，在攪拌的條件下(500rpm/min)用蠕動(dòng)泵連續(xù)同時(shí)將上述I)得到的溶液輸入溶液III)的溶液中，用上述氨水溶液控制反應(yīng)體系的PH值為4. 0，在50°C下反應(yīng)
72小時(shí)，控制蠕動(dòng)泵的流量為0. 45ml/min，待溶液打完后，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，將沉淀離心洗滌得到聚苯胺包覆的!^ea7Cra3PO4納米粒子。IV)配制氧化石墨烯溶液，氧化石墨烯的制備方法是根據(jù)改進(jìn)的hummers方法， (J. Am. Chem. Soc.，1958,80 (6)，1339-1339，Preparation of Graphitic Oxide)，然后將 IOg溶解在IOmL的水中，形成濃度為lg/mL的石墨烯水溶液，得到褐色的溶液體系；V)取上述聚苯胺包覆的!^ea7Cra3PO4納米粒子0. lmol、氧化石墨烯水溶液進(jìn)行均勻混合(其中含氧化石墨烯5g)，并向混合體系中加入10. 2gLiAc · 2H20,充分劇烈的攪拌至均勻混合，得到混合液；VI)干燥除水將步驟V)所得到的混合液攪拌升溫至70°C，直至體系變成泥漿狀后，放入鼓風(fēng)干燥箱中80°C繼續(xù)干燥去除其余的水分，得到磷酸鐵鋰復(fù)合材料前軀體；VII)高溫Ar/H2還原將上述VI)得到的前軀體放入管式爐中，從室溫升至800°C 并保溫12h，并通入Ar/H2 (體積比例為9 1)氣體，升溫速度為5°C/min，自然冷卻得到化學(xué)組成為L(zhǎng)ii^ea7Cra3PO4磷酸鐵鋰復(fù)合材料。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磷酸鐵鋰復(fù)合材料，所述磷酸鐵鋰復(fù)合材料為內(nèi)核為磷酸鐵鋰納米晶粒的納米級(jí)微粒結(jié)構(gòu)，所述納米級(jí)微粒結(jié)構(gòu)外表面有納米納米碳微粒包覆層，所述納米納米碳微粒包覆層外表面包覆有石墨烯，所述磷酸鐵鋰納米晶粒的化學(xué)組成為=LiFehMxPO4，其中M為金屬離子，0. 001 ^ χ < 1。
2.如權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰復(fù)合材料，其特征在于，所述石墨烯為分子級(jí)石墨烯單片或所述2-100層分子級(jí)石墨烯單片構(gòu)成的石墨烯聚集體。
3.如權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰復(fù)合材料，其特征在于，所述納米級(jí)磷酸鐵鋰晶粒粒徑在1-100納米。
4.如權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰復(fù)合材料，其特征在于，所述M選自鎂、鉻、銅、鋅、錳等金屬離子中的一種或以上。
5.如權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰復(fù)合材料，其特征在于，所述χ的取值范圍是 0. 003 ^ χ ^ 0. 3。
6.如權(quán)利要求1所述的磷酸鐵鋰復(fù)合材料，其特征在于，所述石墨烯表面附著有納米級(jí)磷酸鐵鋰晶粒。
7.一種磷酸鐵鋰復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟按照金屬M(fèi)、鐵元素和磷元素摩爾比為χ 1-x 1，配制鐵鹽混合溶液；將上述混合溶液加入有機(jī)碳源水溶液中，于20-80°C水浴溫度下混合反應(yīng)0. 5 5小時(shí)，且混合反應(yīng)體系的PH值控制在1 7，制得有機(jī)碳源包覆化學(xué)組成為!^hMxPO4納米粒子，其中M為金屬離子，0. 001 ^ χ < 1 ；將上述制得的有機(jī)碳源包覆的納米粒子和鋰源化合物加入氧化石墨烯水溶液，攪拌、 混合，隨后干燥除溶劑、研磨得到前軀體；將前軀體在還原氣氛、400-100(TC溫度條件下煅燒I-M小時(shí)，得到所述磷酸鐵鋰復(fù)合材料。
8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)碳源選自苯胺單體或其衍生物、吡咯單體或其衍生物、及噻吩單體或其衍生物中一種或以上。
9.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述M選自鎂、鉻、銅、鋅、錳等金屬離子中的一種或以上。
10.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的磷酸鐵鋰復(fù)合材料在鋰離子電池或正極材料中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明適用于電池技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種磷酸鐵鋰復(fù)合材料、其制備方法和應(yīng)用，該磷酸鐵鋰復(fù)合材料為內(nèi)核為磷酸鐵鋰納米晶粒的納米級(jí)微粒結(jié)構(gòu)，該納米級(jí)微粒結(jié)構(gòu)外表面有納米納米碳微粒包覆層，該納米納米碳微粒包覆層外表面包覆有石墨烯，所述磷酸鐵鋰納米晶粒的化學(xué)組成為L(zhǎng)iFe1-xMxPO4，其中M為金屬離子，0.001≤x＜1。本發(fā)明的磷酸鐵鋰復(fù)合材料，通過(guò)納米碳微粒包覆磷酸鐵鋰晶粒、石墨烯摻雜以及在磷酸鐵鋰晶粒中摻雜金屬離子，使得本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰復(fù)合材料的導(dǎo)電性能得到極大提高，同時(shí)由于磷酸鐵鋰晶粒的納米粒徑，保證了本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰晶粒能夠快速充放電。
文檔編號(hào)H01M4/1397GK102437311SQ20101029666
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者周明杰, 潘軍, 王要兵 申請(qǐng)人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司