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

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。