CN105514366A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Abstract
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。
Description
技术领域
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
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
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。
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1~10h,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℃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℃惰性气体保护气氛下焙烧1~24h,得到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料。
进一步的,所述步骤中(1)中氧化石墨烯或石墨烯在最终产物的质量含量为2%~10%。
进一步的,所述步骤中(1)中氧化石墨烯或石墨烯与去离子水的质量比为1:100~1000。
进一步的,所述步骤中(1)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(1)中氮源为尿素、三聚氰胺、氨水、多巴胺或苯胺中的至少一种。
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。
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
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。
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100g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1h;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10h,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℃下预分解2h制备反应前驱体,将研磨后的反应前驱体继续在500℃下焙烧1h即可制备得到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料。
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100g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10h;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℃下预分解10h制备反应前驱体,将研磨后的反应前驱体继续在800℃下焙烧24h即可制备得到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料。
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100g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℃下预分解5h制备反应前驱体,将研磨后的反应前驱体继续在600℃下焙烧10h即可制备得到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料。
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100g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℃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℃下焙烧10h即可制备得到氮掺杂石墨烯复合LiFePO4锂离子电池正极材料。
Claims (5)
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:
(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1~10h,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℃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℃惰性气体保护气氛下焙烧1~24h,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(1)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(1)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(1)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(1)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。
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