CN104241646B - 一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法。其包括以下特征步骤：首先配制磷酸铁锂饱和溶液，然后把石墨烯或氧化石墨烯或氧化石墨加入到上述饱和溶液中制备石墨烯或氧化石墨烯水相悬浮液，接着将磷酸铁锂固体加入到配置好的石墨烯或氧化石墨烯水相悬浮液中吸附后进行过滤，最后将过滤得到的吸附石墨烯或氧化石墨烯的磷酸铁锂经过干燥和热处理后获得石墨烯改性的磷酸铁锂，本发明技术具有磷酸铁锂改性成本低、改性后电性能容量高、倍率性能好的特点。

Description

一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池正极材料的改性方法，具体是一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法。
背景技术
磷酸铁锂作为锂离子电池正极材料，因其安全的橄榄石结构以及原料价廉易得而且环保而大受亲睐，但由于磷酸铁锂的导电性能较差，需要进行改性提高其导电性能后才能得到实际应用。
目前改进磷酸铁锂电性能的改性方法有：晶格掺杂法、表面覆碳法、掺纳米碳管法、掺石墨烯法等，尤其以掺石墨烯法对磷酸铁锂电性能的提高效果最为显著，但是目前各种石墨烯对磷酸铁锂的改性方法大都是采用石墨烯或氧化石墨烯在水相中加入后进行喷雾干燥实现，石墨烯或氧化石墨烯在水中的分散要想保持好的分散程度，必须浓度很低，这样一来喷雾干燥的水量就很大，造成喷雾干燥能耗很高，导致改性成本很高，不具备工业实用价值。而如果是在加入磷酸铁锂后把大量水过滤分离出去再干燥，那由于大量水中溶解有磷酸铁锂中的一些组成元素，尤其是锂溶解得多，铁、磷溶解较少，各组分并不是按理论比溶解在水中，这就使得分离出水后得到的固体磷酸铁锂的组份比例发生了变化，使得得到的磷酸铁锂电性能反而变得更差。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题是提供一种低成本，效果好的石墨烯对磷酸铁锂改性的方法，通过过滤使固液分离后烘干，实现石墨烯对磷酸铁锂的改性，所得到的改性磷酸铁锂电性能容量高、倍率性能好。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）磷酸铁锂饱和溶液配制步骤：在纯水中加入磷酸铁锂粉末，加入量为0.2-2g/L，搅拌10-90分钟使其充分溶解，然后过滤得到磷酸铁锂饱和溶液以及未溶解的磷酸铁锂固体；
（2）石墨烯或氧化石墨烯水相悬浮液制备步骤：将石墨烯或氧化石墨烯或氧化石墨加入到步骤（1）得到的磷酸铁锂饱和溶液中，石墨烯或氧化石墨烯或氧化石墨的加入总量控制在0.5-4g/L，然后通过超声剥离或分散0.5-3小时得到石墨烯或氧化石墨烯水相悬浮液；
（3）磷酸铁锂固体在水相中对石墨烯或氧化石墨烯吸附步骤：搅拌状态下，将磷酸铁锂粉末加入到步骤（2）得到的石墨烯或氧化石墨烯水相悬浮液中，磷酸铁锂粉末的加入量控制在50-200g/L，然后继续搅拌1-8小时使磷酸铁锂对石墨烯或氧化石墨烯进行充分吸附，最后过滤得到吸附石墨烯或氧化石墨烯的磷酸铁锂以及吸附后液；
（4）干燥和热处理步骤：将步骤（3）得到的吸附石墨烯或氧化石墨烯的磷酸铁锂先进行100-120℃预烘干至水分小于5%后，转入气氛炉中在氮氢混合气体保护下300-700℃热处理1-3小时，然后降温至不大于95℃取出进行包装，得到石墨烯改性的磷酸铁锂产品。
进一步地，根据权利要求1所述的一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法，其特征在于，步骤（1）中未溶解的磷酸铁锂固体重复使用再配制磷酸铁锂饱和溶液。
进一步地，根据权利要求1所述的一种进行固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法，其特征是，步骤（2）饱和磷酸铁锂溶液中加入石墨烯、氧化石墨烯、氧化石墨三种中的至少一种进行超声剥离或分散。
进一步地，根据权利要求1所述的一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法，其特征在于，步骤（3）中的过滤方法为抽滤或压滤。
进一步地，根据权利要求1所述的一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法，其特征在于，步骤（3）得到的吸附后液返回步骤（2）循环使用。
本发明具有如下优点：
本发明所述的方法是把磷酸铁锂加入到磷酸铁锂的饱和水溶液中进行吸附石墨烯或氧化石墨烯，然后过滤和烘干，这样既避开了高成本的稀溶液喷雾干燥，又不改变吸附后磷酸铁锂各元素的组成比例，在保持磷酸铁锂的各组份比例不发生改变的同时，极大降低了改性成本，利于实现工业化生产，通过本发明方法制得的改性磷酸铁锂电性能容量高、倍率性能好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
在1000L的反应釜中加入700L纯水和140g磷酸铁锂粉末，持续搅拌90分钟后过滤得到磷酸铁锂饱和溶液700L和少量未溶解的磷酸铁锂固体，然后把700L磷酸铁锂饱和溶液转入到1000L的反应釜中，并在搅拌状态下加入2800g氧化石墨，进行超声剥离3小时后在搅拌状态下加入140kg磷酸铁锂粉末进行吸附，加完磷酸铁锂后继续搅拌8小时，然后进行压滤得到吸附氧化石墨烯的磷酸铁锂以及吸附后液。吸附后液继续用于制备石墨烯或氧化石墨烯水相悬浮液循环使用，将得到的吸附了氧化石墨烯的磷酸铁锂进行120℃预烘干至水分小于5%后，转入气氛炉中在氮氢混合气体保护下700℃热处理1小时，然后降温至95℃取出进行包装得到石墨烯改性的磷酸铁锂产品。
实施例2
在1000L的反应釜中加入700L纯水和1400g磷酸铁锂粉末，持续搅拌10分钟后过滤得到磷酸铁锂饱和溶液700L和未溶解的磷酸铁锂固体，未溶解的磷酸铁锂固体可再用于配制磷酸铁锂饱和溶液，把700L磷酸铁锂饱和溶液转入到1000L的反应釜中，并在搅拌状态下加入350g石墨烯，进行超声分散0.5小时后在搅拌状态下加入35kg磷酸铁锂粉末进行吸附，加完磷酸铁锂后继续搅拌5小时，然后进行抽滤得到吸附石墨烯的磷酸铁锂以及吸附后液。吸附后液继续用于制备石墨烯或氧化石墨烯水相悬浮液循环使用，将得到的吸附了石墨烯的磷酸铁锂进行100℃预烘干至水分小于5%后，转入气氛炉中在氮氢混合气体保护下300℃热处理3小时，然后降温至60℃取出进行包装得到石墨烯改性的磷酸铁锂产品。
实施例3
在1000L的反应釜中加入700L纯水和1200g配制磷酸铁锂饱和溶液时滤出的未溶解的磷酸铁锂固体，持续搅拌50分钟后过滤得到磷酸铁锂饱和溶液700L和未溶解的磷酸铁锂固体，未溶解的磷酸铁锂固体可再用于配制磷酸铁锂饱和溶液，把700L磷酸铁锂饱和溶液转入到1000L的反应釜中，并在搅拌状态下加入800g石墨烯，进行超声分散1小时后在搅拌状态下加入40kg磷酸铁锂粉末进行吸附，加完磷酸铁锂后继续搅拌1小时，然后进行抽滤得到吸附石墨烯的磷酸铁锂以及吸附后液。吸附后液继续用于制备石墨烯或氧化石墨烯水相悬浮液循环使用，将得到的吸附了石墨烯的磷酸铁锂进行110℃预烘干至水分小于5%后，转入气氛炉中在氮氢混合气体保护下500℃热处理2小时，然后降温至70℃取出进行包装得到石墨烯改性的磷酸铁锂产品。
实施例4
在1000L的反应釜中加入700L循环使用的吸附后液，并在搅拌状态下加入1400g氧化石墨烯，进行超声分散2小时后在搅拌状态下加入35kg磷酸铁锂粉末进行吸附，加完磷酸铁锂继续搅拌6小时，然后进行压滤得到吸附氧化石墨烯的磷酸铁锂以及吸附后液。吸附后液继续用于制备石墨烯或氧化石墨烯悬浮液循环使用，将得到的吸附了氧化石墨烯的磷酸铁锂进行110℃预烘干至水分小于5%后，转入气氛炉中在氮氢混合气体保护下600℃热处理2小时，然后降温至75℃取出进行包装得到石墨烯改性的磷酸铁锂产品。
实施例5
在1000L的反应釜中加入700L循环使用的吸附后液，并在搅拌状态下加入800g石墨烯和400g氧化石墨，进行超声分散和剥离2小时后在搅拌状态加入40kg磷酸铁锂粉末进行吸附，加完磷酸铁锂继续搅拌4小时，然后进行压滤得到吸附石墨烯和氧化石墨烯的磷酸铁锂以及吸附后液。吸附后液继续用于制备石墨烯或氧化石墨烯悬浮液循环使用，将得到的吸附了石墨烯和氧化石墨烯的磷酸铁锂进行120℃预烘干至水分小于5%后，转入气氛炉中在氮氢混合气体保护下650℃热处理2.5小时，然后降温至70℃取出进行包装得到石墨烯改性的磷酸铁锂产品。
实施例6
在1000L的反应釜中加入700L循环使用的吸附后液，并在搅拌状态下加入400g氧化石墨烯、200g石墨烯和400g氧化石墨，进行超声剥离和分散2小时后在搅拌状态下加入60kg磷酸铁锂粉末进行吸附，加完磷酸铁锂继续搅拌7小时，然后进行压滤得到吸附石墨烯和氧化石墨烯的磷酸铁锂以及吸附后液。吸附后液继续用于制备石墨烯或氧化石墨烯水相悬浮液循环使用，将得到的吸附了石墨烯和氧化石墨烯的磷酸铁锂进行110℃预烘干至水分小于5%后，转入气氛炉中在氮氢混合气体保护下650℃热处理2小时，然后降温至55℃取出进行包装得到石墨烯改性的磷酸铁锂产品。

Claims (5)

1.一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）磷酸铁锂饱和溶液配制步骤：在纯水中加入磷酸铁锂粉末，加入量为0.2-2g/L，搅拌10-90分钟使其充分溶解，然后过滤得到磷酸铁锂饱和溶液以及未溶解的磷酸铁锂固体；
（2）石墨烯或氧化石墨烯水相悬浮液制备步骤：将石墨烯或氧化石墨烯或氧化石墨加入到步骤（1）得到的磷酸铁锂饱和溶液中，石墨烯或氧化石墨烯或氧化石墨的加入总量控制在0.5-4g/L，然后通过超声剥离或分散0.5-3小时得到石墨烯或氧化石墨烯水相悬浮液；
（3）磷酸铁锂固体在水相中对石墨烯或氧化石墨烯吸附步骤：搅拌状态下，将磷酸铁锂粉末加入到步骤（2）得到的石墨烯或氧化石墨烯水相悬浮液中，磷酸铁锂粉末的加入量控制在50-200g/L，然后继续搅拌1-8小时使磷酸铁锂对石墨烯或氧化石墨烯进行充分吸附，最后过滤得到吸附石墨烯或氧化石墨烯的磷酸铁锂以及吸附后液；
（4）干燥和热处理步骤：将步骤（3）得到的吸附石墨烯或氧化石墨烯的磷酸铁锂先进行100-120℃预烘干至水分小于5%后，转入气氛炉中在氮氢混合气体保护下300-700℃热处理1-3小时，然后降温至不大于95℃取出进行包装，得到石墨烯改性的磷酸铁锂产品。
2.根据权利要求1所述的一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法，其特征在于，步骤（1）中未溶解的磷酸铁锂固体重复使用再配制磷酸铁锂饱和溶液。
3.根据权利要求1所述的一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法，其特征是，步骤（2）饱和磷酸铁锂溶液中加入石墨烯、氧化石墨烯、氧化石墨三种中的至少一种进行超声剥离或分散。
4.根据权利要求1所述的一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法，其特征在于，步骤（3）中的过滤方法为抽滤或压滤。
5.根据权利要求1所述的一种通过固液分离实现石墨烯对磷酸铁锂改性的方法，其特征在于，步骤（3）得到的吸附后液返回步骤（2）循环使用。
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