CN103199253B - 一种石墨烯-氟化铁复合正极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯-氟化铁复合正极材料的制备方法,包括如下步骤:(1)制备掺钴氟化铁粉体;(2)制备硅掺杂石墨混合物;(3)将上述掺钴氟化铁粉体与上述硅掺杂石墨进行球磨混合,球磨后热处理,得到产品。本发明制备的锂离子电池用石墨烯-氟化铁复合正极材料,将放电容量高的氟化铁材料进行钴掺杂改性以提高其导电性能,然后再和导电性能和稳定性能均很好的硅掺杂石墨烯材料复合,使得其兼具高容量以及高循环稳定性的特点。因此该复合材料在用于锂离子电池时,具有较高的容量以及较长的使用寿命。

Description

一种石墨烯-氟化铁复合正极材料的制备方法
所属技术领域
本发明涉一种石墨烯-氟化铁复合正极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池具有比能量高、无记忆效应、环境友好等优异性能,已经广泛应用于移动电话和笔记本电脑等便携式移动电器。作为动力电池,锂离子电池在电动自行车和电动汽车上也具有广泛的应用前景。1997年Padhi的开拓性研究揭开了对橄榄石型LiFePO4研究的序幕。LiFePO4具有较高的理论比容量(170mAh/g)、适中的电压平台(3.4V左右)、优良的循环性能、丰富的原料来源、低廉的价格以及良好的安全性、环保性等优点。但是,橄榄石型结构导致了其电导率和锂离子迁移率低,这极大地限制了它的实际应用。
作为锂二次电池的正极材料,金属氟化物是一类有前景的锂电池正极材料。由于氟的电负性大,金属氟化物正极材料的工作电压远高于其他金属氧化物、金属硫化物等正极材料。金属氟化物MeF3大部分为PdF3-ReO3型结构,PdF3-ReO3型的MeF3具有允许锂离子嵌入/脱出的结构。金属氟化物与金属锂不但可以进行锂离子嵌入/脱出反应,还可以和锂发生可逆化学转换来贮存能量。但金属氟化物在很大程度上被忽视,主要是因为金属氟化物强的离子键特征,大的能带隙,导致了其差的电子导电性。铁的氟化物以其价廉、无毒、环保等优点而倍受关注,是锂二次电池金属氟化物正极材料中研究的最多的一种。Fe-F化合物具有高能量密度,高电压,充放电性能好,低成本,高理论容量等优点,因而是非常具有应用前景的正极材料。然而FeF3是一种宽带隙绝缘体,这严重限制了其在商业上的实际应用,为了改善其导电性能,目前主要是将FeF3与导电材料混合从而提高其导电性能。
发明内容
为克服上述不足,本发明提供一种石墨烯-氟化铁复合正极材料的制备方法,使用该方法制备的负极材料,具有较高容量、较高的首次充放电效率和良好的循环稳定性。
为了实现上述目的,本发明提供的一种石墨烯-氟化铁复合正极材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)制备钴掺杂氟化铁材料
取草酸铁、氢氧化钴,加入氟化氢溶液,其中,氟化氢溶液的浓度为25-30wt%,加入草酸铁与氢氧化钴的量按照Fe与Co的原子摩尔比为1-a∶a来确定,其中0.05<a≤0.085,加入的氟化氢的量按照氟离子的摩尔量比上铁离子和钴离子的总摩尔量为3.5-4:1来确定;在密封的聚四氟乙烯反应器中室温搅拌反应3-5h,然后升温至85-90℃,继续搅拌反应20-30h,抽滤,用乙醇洗涤,烘干,在真空中热处理,得到掺钴氟化铁粉体;
(2)制备硅掺杂石墨混合物
按每1g氧化石墨分散在600-800mL去离子水中,将一定量的氧化石墨分散在去离子水中,用超声波处理12-15h,使氧化石墨剥离成氧化石墨纳米片,得到氧化石墨纳米片与水的均匀分散体系,然后加入纳米硅粉,氧化石墨纳米片与硅纳米粉的质量比为1∶(0.2-0.5),充分搅拌,得到纳米硅粉与氧化石墨纳米片的混合分散体系; 
在上述得到的纳米硅粉与氧化石墨纳米片的分散体系中,加入还原剂水合肼,110-120℃搅拌回流20-30h,经过滤、用去离子水和乙二醇充分洗涤,干燥后得到硅掺杂石墨混合物;
(3)合成石墨烯-氟化铁复合正极材料
将上述掺钴氟化铁粉体与上述硅掺杂石墨进行球磨混合3-6h,球磨速度为300-400r/min,其中所述硅掺杂石墨混合物重量占混合物总重的5-7%,球磨后热处理5-10小时,温度为170-200℃,得到产品。
本发明制备的锂离子电池用石墨烯-氟化铁复合正极材料,将放电容量高的氟化铁材料进行钴掺杂改性以提高其导电性能,然后再和导电性能和稳定性能均很好的硅掺杂石墨烯材料复合,使得其兼具高容量以及高循环稳定性的特点。因此该复合材料在用于锂离子电池时,具有较高的容量以及较长的使用寿命。
具体实施方式
实施例一
取草酸铁、氢氧化钴,加入氟化氢溶液,其中,氟化氢溶液的浓度为25-30wt%,加入草酸铁与氢氧化钴的量按照Fe与Co的原子摩尔比为0.95∶0.05来确定,加入的氟化氢的量按照氟离子的摩尔量比上铁离子和钴离子的总摩尔量为3.5:1来确定;在密封的聚四氟乙烯反应器中室温搅拌反应3h,然后升温至85℃,继续搅拌反应30h,抽滤,用乙醇洗涤,烘干,在真空中热处理,得到掺钴氟化铁粉体。
按每1g氧化石墨分散在600mL去离子水中,将一定量的氧化石墨分散在去离子水中,用超声波处理12h,使氧化石墨剥离成氧化石墨纳米片,得到氧化石墨纳米片与水的均匀分散体系,然后加入纳米硅粉,氧化石墨纳米片与硅纳米粉的质量比为1∶0.2,充分搅拌,得到纳米硅粉与氧化石墨纳米片的混合分散体系; 在上述得到的纳米硅粉与氧化石墨纳米片的分散体系中,加入还原剂水合肼,110℃搅拌回流30h,经过滤、用去离子水和乙二醇充分洗涤,干燥后得到硅掺杂石墨混合物。
将上述掺钴氟化铁粉体与上述硅掺杂石墨进行球磨混合6h,球磨速度为300r/min,其中所述硅掺杂石墨混合物重量占混合物总重的5%,球磨后热处理10小时,温度为170℃。
实施例二
取草酸铁、氢氧化钴,加入氟化氢溶液,其中,氟化氢溶液的浓度为30wt%,加入草酸铁与氢氧化钴的量按照Fe与Co的原子摩尔比为0915∶0.085来确定,加入的氟化氢的量按照氟离子的摩尔量比上铁离子和钴离子的总摩尔量为4:1来确定;在密封的聚四氟乙烯反应器中室温搅拌反应5h,然后升温至90℃,继续搅拌反应20h,抽滤,用乙醇洗涤,烘干,在真空中热处理,得到掺钴氟化铁粉体。
按每1g氧化石墨分散在800mL去离子水中,将一定量的氧化石墨分散在去离子水中,用超声波处理15h,使氧化石墨剥离成氧化石墨纳米片,得到氧化石墨纳米片与水的均匀分散体系,然后加入纳米硅粉,氧化石墨纳米片与硅纳米粉的质量比为1∶0.5,充分搅拌,得到纳米硅粉与氧化石墨纳米片的混合分散体系; 在上述得到的纳米硅粉与氧化石墨纳米片的分散体系中,加入还原剂水合肼, 120℃搅拌回流20h,经过滤、用去离子水和乙二醇充分洗涤,干燥后得到硅掺杂石墨混合物。
将上述掺钴氟化铁粉体与上述硅掺杂石墨进行球磨混合3h,球磨速度为400r/min,其中所述硅掺杂石墨混合物重量占混合物总重的7%,球磨后热处理5小时,温度为200℃。
比较例
配置0.2mol/L的柠檬酸铁溶液,再称取等摩尔量的LiH2PO4加入溶液中,搅拌均匀,将混合液置于旋转蒸发器中反应得到前驱体,再对其进行红外干燥处理,研磨后得到前驱体粉体。将前驱体在氩气气氛下600℃焙烧3h,即制得LiFePO4/C纳米复合正极材料。
将上述实施例一、二以及比较例所得产物与导电炭黑和粘合剂聚偏氟乙烯以质量比80∶10∶10的比例混合,压制在镍网上,在150℃真空干燥24小时,作为工作电极。参比电极为金属锂,电解液为1mol/l LiPF6的EC/DEC/DMC(体积比1∶1∶1)。在测试温度为25℃下进行电性能测试,经测试该实施例一和二的材料与比较例的产物相比,首次充容量提高一倍以上,使用寿命提高1.2倍以上。

Claims (1)

1.一种石墨烯-氟化铁复合正极材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)制备钴掺杂氟化铁材料
取草酸铁、氢氧化钴,加入氟化氢溶液,其中,氟化氢溶液的浓度为25-30wt%,加入草酸铁与氢氧化钴的量按照Fe与Co的原子摩尔比为1-a∶a来确定,其中0.05<a≤0.085,加入的氟化氢的量按照氟离子的摩尔量比上铁离子和钴离子的总摩尔量为3.5-4:1来确定;在密封的聚四氟乙烯反应器中室温搅拌反应3-5h,然后升温至85-90℃,继续搅拌反应20-30h,抽滤,用乙醇洗涤,烘干,在真空中热处理,得到掺钴氟化铁粉体;
(2)制备硅掺杂石墨混合物
按每1g氧化石墨分散在600-800mL去离子水中,将一定量的氧化石墨分散在去离子水中,用超声波处理12-15h,使氧化石墨剥离成氧化石墨纳米片,得到氧化石墨纳米片与水的均匀分散体系,然后加入纳米硅粉,氧化石墨纳米片与硅纳米粉的质量比为1∶(0.2-0.5),充分搅拌,得到纳米硅粉与氧化石墨纳米片的混合分散体系;
在上述得到的纳米硅粉与氧化石墨纳米片的分散体系中,加入还原剂水合肼,110-120℃搅拌回流20-30h,经过滤、用去离子水和乙二醇充分洗涤,干燥后得到硅掺杂石墨混合物;
(3)合成石墨烯-氟化铁复合正极材料
将上述掺钴氟化铁粉体与上述硅掺杂石墨进行球磨混合3-6h,球磨速度为300-400r/min,其中所述硅掺杂石墨混合物重量占混合物总重的5-7%,球磨后热处理5-10小时,温度为170-200℃,得到产品。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103700814B (zh) * 2013-09-18 2016-06-08 宁波大学 一种碳固体酸铝锆酸酯掺杂磷酸钛锂三组份表面改性氟化铁正极材料及制备方法
CN104157836B (zh) * 2014-07-14 2016-08-17 宁波大学 一种Cu2+,Co2+,Zr4+,Ag+掺杂氟化铁复合正极材料及制备方法
CN104150543B (zh) * 2014-07-14 2016-04-20 宁波大学 一种Cu2+,Ce4+,Ag+掺杂氟化铁复合正极材料及制备方法
CN104282882B (zh) * 2014-09-26 2017-01-11 江苏华东锂电技术研究院有限公司 正极复合材料及其制备方法
CN106356528A (zh) * 2015-07-18 2017-01-25 宁波大学 一种储能用氟化铁电极材料及其制备方法
CN106910891A (zh) * 2017-03-06 2017-06-30 复旦大学 一种过渡金属氟化物负载硼掺杂纳米碳复合材料的制备方法
CN109411738B (zh) * 2018-11-06 2021-08-10 中科廊坊过程工程研究院 一种掺杂FeF3复合材料及其制备方法和应用
CN112701287A (zh) * 2020-12-28 2021-04-23 中国科学院过程工程研究所 一种FeF3基复合正极材料、其制备方法和锂离子电池
CN113410466B (zh) * 2021-06-17 2022-07-12 贵州梅岭电源有限公司 一种氟化碳修饰的三氟化铁正极材料的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101593827A (zh) * 2009-07-10 2009-12-02 浙江大学 锂离子电池的硅/石墨纳米片复合材料负极及其制备方法
CN102623707A (zh) * 2012-04-02 2012-08-01 湘潭大学 一种掺钴包碳的氟化铁正极材料及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101593827A (zh) * 2009-07-10 2009-12-02 浙江大学 锂离子电池的硅/石墨纳米片复合材料负极及其制备方法
CN102623707A (zh) * 2012-04-02 2012-08-01 湘潭大学 一种掺钴包碳的氟化铁正极材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Carbon-Metal Fluoride Nanocomposites Structure and Electrochemistry of FeF3 :C;F. Badway;《Journal of The Electrochemical Society》;20030717;第150卷(第9期);1209-1218 *

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