CN110444741A - 石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料及其制备方法和用途 - Google Patents

石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料及其制备方法和用途，属于锂离子电池的技术领域，本发明解决现有磷酸铁锂材料电子导电性差、以其为正极材料的锂离子电池大倍率充放电性能差的问题。本发明是通过“微反应器”溶剂热方法，然后对石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体引入锂离子和磷酸根。锂离子电池正极片的正极浆料由复合材料、导电剂和聚偏氟乙烯组成。石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料中为极小粒径(<10nm)的碳包覆磷酸铁锂量子点锚定于石墨烯表面，形成特殊的无定形碳层/磷酸铁锂量子点层/石墨烯层的夹层结构；三价铁盐为原料，成本降低；锂离子电池充放电循环性能好，20C倍率下质量比容量大于120mAh·g‑1。

Description

石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于锂离子电池正极材料的技术领域；具体涉及石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料及其制备方法和用途。
背景技术
磷酸铁锂电池具有安全性好，循环寿命长，环境友好等优点，是驱动电动汽车的理想电源体系。由于磷酸铁锂材料导电性差，锂离子在磷酸铁锂晶体中传输困难且路径较长，以其为正极材料的锂离子电池大倍率充放电性能差，所以现有的磷酸铁锂电池在高倍率性能方面，还难以满足纯电动车和插电式混合电动车对电池快速充电的要求，制约了电动汽车产业的发展。
发明内容
本发明要解决现有磷酸铁锂材料导电性差，锂离子在磷酸铁锂晶体中传输困难且路径较长，以其为正极材料的锂离子电池大倍率充放电性能差的技术问题，而提供了石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料及其制备方法和用途。本发明通过石墨烯和无定形碳共建“微反应器”的方法，借助其空间限域效应，合成石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料。
本发明的原理是通过石墨烯和无定形碳共建“微反应器”的空间限域效应，有效地抑制磷酸铁锂晶粒的长大，制备出石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料。通过溶剂热过程，使得锂离子和磷酸根从无定形碳层的裂隙或缺陷处进入到“微反应器”内部，与四氧化三铁量子发生反应，原位生成磷酸铁锂量子点。由于反应被限制在“微反应器”内部的狭小空间内，因此可极大程度地抑制磷酸铁锂晶粒的长大，制备出石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料。
本发明中采用的石墨烯比表面积很大且导电性良好，加入少量就可在材料中与无定型碳形成有效的导电网络，增加了材料的电子导电性，使得电化学反应的表面积大大增加，从而显著降低了电化学反应过程中的界面电流密度，减小了电化学反应极化；石墨烯与无定型碳层共同构筑的“微反应器”，可最大程度限制磷酸铁锂晶体的生长，缩短了离子在磷酸铁锂晶体中的扩散途径，降低离子扩散阻力；其较大的比表面积可在极短的时间内实现大量电荷的储存和释放。本发明的目的在于通过采用液相法合成工艺以及石墨烯的加入，使得到的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料具备特殊的无定形碳层/磷酸铁锂量子点层/石墨烯层的夹层结构，并且具备电化学超级电容器的大电流充放电特征，从而使应用该复合材料制备出的锂离子电池不仅可以利用石墨烯材料快速充放电的特性，同时增加了磷酸铁锂材料的电化学反应表面积并缩短了锂离子扩散途径，降低了该材料在充放电过程中的界面反应极化，二者的综合作用显著改善了锂离子电池的大倍率充放电性能。
为解决上述技术问题，本发明的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料是以三价铁盐和氧化石墨烯为原料，采用液相法制备得到石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体，然后加入有机小分子碳源，再依次进行水热处理和煅烧后上述前驱体表面包覆无定型碳层，然后通过溶剂热过程引入锂离子和磷酸根，再煅烧而制成的。
对上述产品进一步地限定，所述三价铁盐中的Fe与磷酸根以及锂离子的摩尔比为(1～1.5):(1～1.2):(1～1.2)。
对上述产品进一步地限定，所述无定型碳与石墨烯以及磷酸铁锂理论产量的质量比为(0.005～0.5):(0.005～0.3):1。
对上述产品进一步地限定，所述有机小分子碳源与磷酸铁锂理论产量的质量比为(0.2～0.9):1。
对上述产品进一步地限定，所述石墨烯与磷酸铁锂理论产量的质量比为(0.005～0.3):1。优选的：所述石墨烯与磷酸铁锂理论产量的质量比为(0.01～0.2):1。
对上述产品进一步地限定，所述三价铁盐为硝酸铁或氯化铁。
对上述产品进一步地限定，所述磷酸根由磷源化合物提供，所述磷源化合物为磷酸、磷酸二氢铵或磷酸一氢铵。
对上述产品进一步地限定，所述锂离子是由锂源化合物提供，所述锂源化合物为硝酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的一种或其中几种的按任意比混合。
对上述产品进一步地限定，所述有机小分子碳源为蔗糖和/或葡萄糖，有机小分子碳源为混合物时，以蔗糖C12H22O11与葡萄糖C6H12O6的摩尔比为1:(2～4)的比例混合。
本发明的另一目的是提供石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的制备方法，具体是由下述步骤实现的：
步骤一、将石墨烯与磷酸铁均匀分散于乙二醇中，采用液相法制备石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体；
步骤二、然后将步骤一获得石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体和有机小分子碳源均匀分散水中，水热处理；
步骤三、研磨步骤二制得的前驱体粉末，再在惰性气体和/或还原性气体的保护气氛炉中煅烧，在前驱体表面包覆无定型碳层；
步骤四、然后分散于乙二醇中，加入锂离子和磷酸根，溶剂热处理，再在惰性气体和/或还原性气体的保护气氛炉中煅烧，冷却至室温；即得到石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料。
本发明步骤一利用液相法制备前驱体，在此过程中，氧化石墨烯也将被乙二醇还原。本发明步骤四中所述过程中，锂离子和磷酸根离子将通过无定形碳层中的缺陷和裂隙，与四氧化三铁量子点进行反应生成磷酸铁锂量子点。由于反应被限制在一个非常狭小的“微反应器”中，磷酸铁锂的晶体尺寸将得到最大程度的限制(<10nm)。
对上述方法进一步地限定，步骤一中液相法是在80～120℃条件下反应1～24小时。
对上述方法进一步地限定，步骤二中水热处理的温度为120～200℃，水热处理时间为6～24小时。
对上述方法进一步地限定，步骤三中煅烧温度为550～750℃，煅烧时间为2～12小时。
对上述方法进一步地限定，步骤四中煅烧温度为550～750℃，煅烧时间为2～12小时。
对上述方法进一步地限定，步骤四中溶剂热处理的温度为120～200℃，溶剂热处理时间为6～24小时。
对上述方法进一步地限定，步骤三和步骤四中煅烧所采用的惰性气体为氩气或氮气。
对上述方法进一步地限定，步骤三和步骤四中煅烧所采用的还原性气体为氩气与氢气的混合气(按任意比混合)。
上述的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的用途：石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料用于制备锂离子电池的正极片，所述正极片是由正极集流体和正极浆料制造而成的，所述正极浆料按质量百分比是由80％～95％的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料、2％～15％的导电剂和3％～15％的粘结剂聚偏氟乙烯配置而成的，正极浆料在正极集流体表面的涂布面密度为10～100g·m-2。优选的：所述正极浆料按质量百分比由70％～90％的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料、5％～15％的导电剂和5％～15％的粘结剂聚偏氟乙烯组成。进一步地限定，所述导电剂为纳米石墨、乙炔黑和炭黑中的一种或者其中几种的按任意比混合。
正极浆料在正极集流体表面为单面涂布，正极浆料在正极集流体表面的涂布面密度较佳的为20～80g·m-2，更优的是40g·m-2。而当正极浆料均匀涂覆在正极集流体的上下两面时，正极浆料的面密度为单面涂覆时的两倍，为20～200g·m-2。正极集流体可以为铝箔等。所述负极可以为锂片、商业化石墨负极等。
本发明的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料中为极小粒径(<10nm)的碳包覆磷酸铁锂量子点锚定于石墨烯表面，形成特殊的无定形碳层/磷酸铁锂量子点层/石墨烯层的夹层结构。这种特殊结构对材料性能的积极作用主要体现在：1.极小粒径的磷酸铁锂量子点(<10nm)活性物质具有快速的容量响应特性(锂离子在晶体中的传输距离减小)，使制备的电池既具有高能量密度又具有高功率密度；2.石墨烯比表面积很大且导电性良好，加入少量就可在材料中与无定型碳层形成导电网络，增加了材料的电子导电性，同时，使得电化学反应的表面积大大增加，从而显著降低了电化学反应过程中的界面电流密度，减小了电化学反应极化；3.石墨烯的大比表面积可使其在极短的时间内实现大量电荷的储存和释放，具有超级电容性质。以石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料为正极材料的锂离子电池在进行大倍率充放电时，石墨烯材料第一时间实现容量响应，从而保证了锂离子电池优越的倍率性能。
本发明的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的制备方法，使用比较容易制备和存储的三价铁盐和有机小分子碳源(C个数为5～15的有机碳源，如蔗糖、葡萄糖)作为反应原料，与采用亚铁盐和昂贵的复杂有机物作为原料相比，成本降低。同时制备方法采用液相“微反应器”方法，能够控制所制备材料的颗粒均匀性及负载量。
本发明的有益效果是：本发明的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料，其中，无定型碳包覆磷酸铁锂量子点(<10nm)原位锚定于石墨烯表面，形成特殊的无定形碳层/磷酸铁锂量子点层/石墨烯层的夹层结构。采用比较容易制备和储存的三价铁盐作为反应原料，其与使用亚铁盐作为原料相比，成本较低。这种特殊结构对材料性能的积极作用主要体现在：(1)磷酸铁锂量子点中锂离子的传输距离很短(<10nm)，活性物质具有快速的容量响应特性，用其制备的锂离子电池既具有高能量密度又具有高功率密度；(2)石墨烯比表面积大且导电性良好，加入少量就可在材料中与无定型碳层形成导电网络，增加了材料的电子导电性，同时，使得电化学反应的表面积大大增加，能显著降低电化学反应过程中的界面电流密度，减小电化学极化；(3)石墨烯的大比表面积可使其在极短的时间内实现大量电荷的储存和释放，具有超级电容性质。因此，以石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料为正极材料制备的锂离子电池在进行大倍率充放电时，石墨烯材料能够第一时间实现容量响应，从而保证了锂离子电池优越的倍率性能。
以本发明的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料具有以下性能：(1)良好的大倍率充放电循环性能：在20C充放电倍率下，200次循环后锂离子电池的容量保持率仍高于95％；(2)放电质量比容量：1C放电>140mA·h·g-1，5C放电>130mA·h·g-1，10C放电>125mA·h·g-1，20C放电>120mA·h·g-1，其中，放电质量比容量，是指电极上活性物质(指石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料)的质量比容量；(3)快速充放电性能：200C超大倍率下(18秒完成充放电)，可逆充放电容量>70mA·h·g-1，容量保持率为1C倍率时的50％。
本发明产品制作正极片的电池快速充放电时，具有快速的容量响应特性，可使制备的锂离子电池既具有高比能量，又具有高比功率，能够满足纯电动车和插电式混合电动车对电池快速充电的要求。
附图说明
图1是具体实施例1所制备石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的微观形貌图(a-c)和X射线衍射图(d)；
图2是具体实施例1的锂离子电池在0.3C充放电倍率下的充放电曲线，曲线a是充电曲线，曲线b是放电曲线；
图3是具体实施例1的锂离子电池的倍率性能曲线；
图4是具体实施例1的锂离子电池在20C充放电倍率下的循环性能曲线。
具体实施方式
实施例1：本实施例中石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料是以三价铁盐(硝酸铁)和氧化石墨烯为原料，采用液相法制备得到石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体，然后加入有机小分子碳源(葡萄糖-C6H12O6)，再依次进行水热处理和煅烧后上述前驱体表面包覆无定型碳层，然后通过溶剂热过程引入锂离子(氢氧化锂)和磷酸根(磷酸)，再煅烧而制成的；
其中，所述三价铁盐中的Fe与磷酸根以及锂离子的摩尔比为1.2:1:1。所述无定型碳与石墨烯以及磷酸铁锂理论产量的质量比为0.1:0.05:1。所述有机小分子碳源与磷酸铁锂理论产量的质量比为0.6:1。所述石墨烯与磷酸铁锂理论产量的质量比为0.05:1。
本实施例中石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将60mg氧化石墨烯与1.45g九水合硝酸铁均匀分散于40ml乙二醇中，在80℃反应1小时，制备石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体；
步骤二、然后将0.28g步骤一获得石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体和0.28g有机小分子碳源(葡萄糖-C6H12O6)均匀分散于30ml水中，在180℃条件下水热处理10小时；
步骤三、然后研磨，过400目筛，再在还原性气体(体积比为95:5的氩气与氢气的混合气)保护气氛炉，温度为600℃的条件下煅烧2小时，前驱体表面包覆无定型碳层；
步骤四、然后分散于30ml乙二醇中，加入0.126g一水合硝酸锂和205ul磷酸水溶液(85％质量浓度比)，在180℃条件下溶剂热处理12小时，再在还原性气体(体积比为95:5的氩气与氢气的混合气)保护气氛炉，温度为600℃的条件下煅烧2小时；即得到石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料。
步骤二中石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体与有机小分子碳源按质量比为1:1。
本实施例所制备的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的微观结构图和X射线衍射图(XRD)，如图1所示。由图1可见，无定型碳层(～1nm)的磷酸铁锂量子点(<10nm)均匀锚定于石墨烯的表面，形成特殊的无定形碳层/磷酸铁锂量子点层/石墨烯层的夹层结构。
以本发明的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料具有以下性能：(1)良好的大倍率充放电循环性能：在20C充放电倍率下，200次循环后锂离子电池的容量保持率仍高于95％；(2)放电质量比容量：1C放电>140mA·h·g-1，5C放电>130mA·h·g-1，10C放电>125mA·h·g-1，20C放电>120mA·h·g-1，其中，放电质量比容量，是指电极上活性物质(指石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料)的质量比容量；(3)快速充放电性能：200C超大倍率下(18秒完成充放电)，可逆充放电容量>70mA·h·g-1，容量保持率为1C倍率时的50％。
本实施例以石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料为正极材料的锂离子电池是通过以下步骤制备得到的：一、按质量百分比称取如下正极浆料原料：80％的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料、10％的乙炔黑导电剂和10％的粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)组成，二、将步骤一称取的正极原料在真空度为-0.8兆帕、温度为100℃的条件下，真空干燥12小时；三、将步骤二处理后的正极浆料原料混合，再加入分散剂氮甲基吡咯烷酮(NMP)进行搅拌8小时，得正极浆料，NMP是正极浆料原料粘结剂PVDF质量的3倍；四、将正极浆料均匀涂覆于正极集流体上，控制涂覆单面密度为40g·m-2，得到湿正极片；五、将步骤四得到的湿正极片在真空干燥箱中干燥12小时得到正极片，其中干燥条件为：真空度-0.8兆帕，干燥温度100℃。六、将步骤五得到正极片、隔离膜和锂片负极进行装配得锂离子扣式电池，其中锂离子电池用电解液的注入在氩气手套箱中进行，即完成石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料为正极材料的锂离子电池的制备。
对本实施例得到的锂离子电池进行电池性能测试，测试方法为：充放电测试系统为深圳新威尔公司生产的BTS系列高精度电池测试系统，实验电池为2025扣式电池，充电截止电压为4.2V，放电截止电压为2.5V，电池充放电制度为先恒流充电至充电截止电压，静置一段时间后电池放电至放电截止电压，一个循环结束。
测试得到的本实施例的锂离子电池在0.3C充放电倍率下的充放电曲线，如图2所示，图中曲线a是充电曲线，曲线b是放电曲线。由图2可见，具体实施方式十的锂离子电池在小倍率下具有较大的质量比容量，在0.3C充放电倍率下放电容量>150mAh·g-1。
测试得到的本实施例的锂离子电池的倍率性能曲线，如图3所示，图中“C”表示放电倍率。由图3可见，具体实施方式二的锂离子电池具有优越的倍率性能，放电质量比容量：1C放电>140mAh·g-1，5C放电>130mAh·g-1，10C放电>125mAh·g-1，20C放电>120mAh·g-1,200C放电>70mAh·g-1，其中，放电质量比容量，是指电极上活性物质(指石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料)的质量比容量。
测试得到的本实施例的锂离子电池在20C充放电倍率下的循环性能曲线，如图4所示。由图4可见，具体实施方式二的锂离子电池具有优越的循环性能：200次循环后锂离子电池的容量保持率仍高于95％。
实施例2：本实施例中石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料是以三价铁盐(氯化铁)和氧化石墨烯为原料，采用液相法制备得到石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体，然后加入有机小分子碳源(蔗糖-C12H22O11)，再依次进行水热处理和煅烧后上述前驱体表面包覆无定型碳层，然后通过溶剂热过程引入锂离子(硝酸锂)和磷酸根(磷酸二氢铵)，再煅烧而制成的；
其中，所述三价铁盐中的Fe与磷酸根以及锂离子的摩尔比为1.2:1:1。所述无定型碳与石墨烯以及磷酸铁锂理论产量的质量比为0.1:0.05:1。所述有机小分子碳源与磷酸铁锂理论产量的质量比为0.75:1。所述石墨烯与磷酸铁锂理论产量的质量比为0.05:1。
本实施方式中石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的制备方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将6g氧化石墨烯与97.2g六水合氯化铁均匀分散于2000ml乙二醇中，在100℃反应2小时，制备石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体；
步骤二、然后将28g步骤一获得石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体和35.6g有机小分子碳源(蔗糖C12H22O11)均匀2000ml分散水中，在180℃条件下水热处理12小时；
步骤三、然后研磨，过400目筛，再在惰性气体(氩气)保护气氛炉，温度为600℃的条件下煅烧4小时，前驱体表面包覆无定型碳层；
步骤四、然后分散于2000ml乙二醇中，加入20.7g锂离子(硝酸锂)和34.5g磷酸根(磷酸二氢铵)，在180℃条件下溶剂热处理12小时，再在惰性气体(氩气)保护气氛炉，温度为600℃的条件下煅烧4小时；即得到石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料。
步骤二中石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体与有机小分子碳源按质量比为1:1.27。
以本实施例制备的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料来制备锂离子电池的正极片，所述正极片是由正极集流体铝箔和正极浆料制造而成的，所述正极浆料按质量百分比是由80％的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料、10％的乙炔黑导电剂和10％的粘结剂聚偏氟乙烯配置而成的，正极浆料在正极集流体表面的涂布面密度为100g·m-2。
本实施例的负极浆料按质量百分比由85％的石墨类材料、9％的高比表面积的活性炭和6％的粘结剂聚偏氟乙烯组成，负极浆料均匀分布在负极集流体的一面，且负极浆料的面密度为60g·m-2；其中所述石墨类材料为天然石墨；所述负极集流体可以为铜箔。
本实施例的以石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料为正极材料的锂离子电池是通过以下步骤制备得到的：一、按质量百分比称取如下正极浆料原料：80％的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料、10％的乙炔黑导电剂和10％的粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)组成，然后再按质量百分比称取如下负极浆料原料：85％的石墨类材料、9％的高比表面积的活性炭和6％的粘结剂聚偏氟乙烯；二、将步骤一称取的正极原料和负极原料分别在真空度为-0.5～-0.1兆帕、温度为100～120℃的条件下，真空干燥6小时；三、将步骤二处理后的正极浆料原料混合，再加入分散剂氮甲基吡咯烷酮(NMP)进行搅拌6～8小时，得正极浆料，NMP是正极浆料原料粘结剂PVDF质量的3倍，然后再将经步骤二处理后的负极浆料原料混合搅拌均匀即得负极浆料；四、将正极浆料均匀涂覆于正极集流体上，控制涂覆单面密度为100g·m-2(或者双面密度为200g·m-2)，得到湿正极片，再将负极浆料均匀涂覆于负极集流体上，控制涂覆单面密度为60g·m-2(或者双面密度为120g·m-2)，得到湿负极片；五、将步骤四得到的湿正极片和湿负极片在真空干燥箱中干燥4小时得到正极片和负极片，其中干燥条件为：真空度-0.5～-0.1兆帕，干燥温度100～120℃。六、将步骤五得到正极片和负极片、隔离膜和铝塑复合膜进行装配得软包电池，其中锂离子电池用电解液的注入在氩气手套箱中进行，即完成石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料为正极材料的锂离子电池的制备方法。

Claims (10)

1.石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料，其特征在于所述复合材料是以三价铁盐和氧化石墨烯为原料，采用液相法制备得到石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体，然后加入有机小分子碳源，再依次进行水热处理和煅烧后上述前驱体表面包覆无定型碳层，然后通过溶剂热过程引入锂离子和磷酸根，再煅烧而制成的。
2.根据权利要求1所述的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料，其特征在于三价铁盐中的Fe与磷酸根以及锂离子的摩尔比为(1～1.5):(1～1.2):(1～1.2)；无定型碳与石墨烯以及磷酸铁锂理论产量的质量比为(0.005～0.5):(0.005～0.3):1；有机小分子碳源与磷酸铁锂理论产量的质量比为(0.2～0.9):1；石墨烯与磷酸铁锂理论产量的质量比为0.005～0.3:1。
3.根据权利要求2所述的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料，其特征在于所述三价铁盐为硝酸铁或氯化铁；所述磷酸根由磷源化合物提供，所述磷源化合物为磷酸、磷酸二氢铵或磷酸一氢铵；所述锂离子是由锂源化合物提供，所述锂源化合物为硝酸锂、碳酸锂和氢氧化锂中的一种或其中几种的混合，所述有机小分子碳源为蔗糖和/或葡萄糖。
4.如权利要求1、2或3所述的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的制备方法，其特征在于石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的制备方法是由下述步骤实现的：
步骤一、将氧化石墨烯与磷酸铁均匀分散于乙二醇中，采用液相法制备石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体；
步骤一利用液相法制备前驱体，在此过程中，氧化石墨烯也将被乙二醇还原。
步骤二、然后将步骤一获得石墨烯修饰四氧化三铁量子点复合前驱体和有机小分子碳源均匀分散水中，水热处理；步骤三、研磨步骤二制得的前驱体粉末，再在惰性气体和/或还原性气体的保护气氛炉中煅烧，在前驱体表面包覆无定型碳层；
步骤四、然后分散于乙二醇中，加入锂离子和磷酸根，溶剂热处理，再在惰性气体和/或还原性气体的保护气氛炉中煅烧，冷却至室温；即得到石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料。
5.根据权利要求4所述的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中液相法是在60～120℃条件下反应1～24小时。
6.根据权利要求4所述的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中水热处理的温度为120～200℃，水热处理时间为6～24小时。
7.根据权利要求4所述的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中煅烧温度为550～750℃，煅烧时间为1～12小时；步骤四中煅烧温度为550～750℃，煅烧时间为1～12小时。
8.根据权利要求4所述的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中溶剂热处理的温度为120～200℃，溶剂热处理时间为6～24小时。
9.如权利要求1、2或3所述的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的用途，其特征在于石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料用于制备锂离子电池的正极片，所述正极片是由正极集流体和正极浆料制造而成的，所述正极浆料按质量百分比是由75％～95％的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料、2％～15％的导电剂和3％～15％的粘结剂聚偏氟乙烯配置而成的，正极浆料在正极集流体表面的涂布面密度为10～100g·m-2。
10.根据权利要求9所述的石墨烯修饰磷酸铁锂量子点复合材料的用途，其特征在于所述导电剂为纳米石墨、乙炔黑和炭黑中的一种或者其中几种的混合。
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