本申請(qǐng)涉及正極活性材料，具體涉及一種石墨烯改性磷酸鐵鋰及其制備方法、電池、應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰電池正極活性材料磷酸鐵鋰（lifepo4）具有高熱穩(wěn)定性、長(zhǎng)循環(huán)壽命等特點(diǎn)，而倍率性能較低。對(duì)于磷酸鐵鋰來說，提高其倍率性能固然是其重點(diǎn)改進(jìn)的方向，但是作為正極活性材料，其循環(huán)穩(wěn)定性對(duì)電池來說也尤為重要。

2、現(xiàn)有的提高磷酸鐵鋰循環(huán)穩(wěn)定性的方式包括優(yōu)化電池材料（如摻雜改性、表面包覆、粒徑控制等）、優(yōu)化電解液（如選擇高化學(xué)穩(wěn)定性的電解液、優(yōu)化電解液配比、控制電解液酸度和水分含量等）、改進(jìn)電池工藝（如優(yōu)化電極的孔隙率和壓實(shí)密度、采用高導(dǎo)電性的集流體、引入導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑等），其中，優(yōu)化電池材料為較為常用的方式，通過金屬（如錳、鈷、鎳、鋁、鈦等）或非金屬（如氮、硫、氟等）摻雜，雖然可以有效提高磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而提高其倍率性能，但其循環(huán)穩(wěn)定性和使用壽命會(huì)因元素的摻雜而有所降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N石墨烯改性磷酸鐵鋰及其制備方法、電池、應(yīng)用。所述制備方法可以一步生成磷酸鐵鋰和石墨烯摻雜，制備步驟簡(jiǎn)單，成本低廉，制備條件溫和，易于實(shí)現(xiàn)。

2、本申請(qǐng)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法，包括如下步驟：

4、將反應(yīng)液進(jìn)行水熱反應(yīng)后焙燒，得到石墨烯改性磷酸鐵鋰；所述反應(yīng)液中包含鋰源、鐵源、磷酸、磷酸接枝石墨烯和鋰鐵接枝石墨烯；

5、所述磷酸接枝石墨烯、所述鋰鐵接枝石墨烯和所述磷酸的質(zhì)量比為（0.1~0.2）:（0.7~0.9）:1。

6、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，制備所述鋰鐵接枝石墨烯包括如下步驟：

7、將第一溶液進(jìn)行第一球磨后，洗滌并干燥，得到鋰接枝氧化石墨烯；所述第一溶液中包含氧化石墨烯和鋰源；

8、將第二溶液進(jìn)行第二球磨后，洗滌并干燥，得到所述鋰鐵接枝石墨烯；所述第二溶液中包含所述鋰接枝氧化石墨烯和半胱氨酸亞鐵。

9、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一球磨步驟中，球料比為1:（2~5），球磨時(shí)間為5h~15h，球磨速率為100rpm~300rpm。

10、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第二球磨步驟中，球料比為1:（3~6），球磨時(shí)間為4h~10h，球磨速率為100rpm~300rpm。

11、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，制備所述磷酸接枝石墨烯包括如下步驟：

12、將氧化石墨烯與磷酸混合球磨后，洗滌后干燥，得到所述磷酸接枝石墨烯。

13、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，制備所述磷酸接枝石墨烯步驟中：球磨的球料比為1:（3~8），球磨時(shí)間為3h~12h，球磨速率為200rpm~400rpm，干燥的溫度為100℃~130℃。

14、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述焙燒的溫度為500℃~700℃。

15、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N上述的石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法制備得到的石墨烯改性磷酸鐵鋰，包括磷酸鐵鋰和摻雜在所述磷酸鐵鋰中的石墨烯。

16、在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述石墨烯改性磷酸鐵鋰的粉末電阻率為5ω·cm~12ω·cm。

17、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N電池，所述電池的正極活性材料包括上述的石墨烯改性磷酸鐵鋰。

18、第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N上述的電池在家用電器、電動(dòng)車、船舶、衛(wèi)星或儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用。

19、本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N石墨烯改性磷酸鐵鋰及其制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有如下有益技術(shù)效果：

20、（1）本申請(qǐng)的石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法，將含有鋰源、鐵源、磷酸、磷酸接枝石墨烯和鋰鐵接枝石墨烯的反應(yīng)液進(jìn)行水熱反應(yīng)，所述磷酸接枝石墨烯和所述鋰鐵接枝石墨烯不僅作為石墨烯的原料，而且作為水熱反應(yīng)生成石墨烯改性磷酸鐵鋰的“晶種”，可以促進(jìn)鋰源、鐵源和磷酸反應(yīng)生成磷酸鐵鋰，提高了反應(yīng)的速率和產(chǎn)率；所述石墨烯改性磷酸鐵鋰提高了磷酸鐵鋰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電導(dǎo)率。該制備方法制備得到的所述石墨烯改性磷酸鐵鋰具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

21、（2）本申請(qǐng)的石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法，在水熱反應(yīng)時(shí)，半胱氨酸亞鐵不僅可以起到緩釋亞鐵離子，控制反應(yīng)速度，而且半胱氨酸的還原性還能防止亞鐵離子氧化成鐵離子，從而降低副反應(yīng)的發(fā)生、提高產(chǎn)率。此外，半胱氨酸亞鐵中含有s元素和c元素，焙燒后，s元素和c元素還摻雜在磷酸鐵鋰中，改善鋰離子擴(kuò)散速率，從而提高電池的循環(huán)性能和充放電效率。

22、（3）本申請(qǐng)的石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法，在水熱反應(yīng)中，一步生成磷酸鐵鋰和石墨烯摻雜，制備步驟簡(jiǎn)單，成本低廉，制備條件溫和，易于實(shí)現(xiàn)。

23、（4）本申請(qǐng)的石墨烯改性磷酸鐵鋰，采用石墨烯摻雜磷酸鐵鋰，并摻雜了s元素和c元素，從而提高了磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

技術(shù)特征：

1.一種石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，制備所述鋰鐵接枝石墨烯包括如下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，所述第一球磨步驟中，球料比為1:2~5，球磨時(shí)間為5h~15h，球磨速率為100rpm~300rpm；

4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，制備所述磷酸接枝石墨烯包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，制備所述磷酸接枝石墨烯步驟中：球磨的球料比為1:3~8，球磨時(shí)間為3h~12h，球磨速率為200rpm~400rpm，干燥的溫度為100℃~130℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1~3、5任一項(xiàng)所述的石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法，其特征在于，所述焙燒的溫度為500℃~700℃。

7.一種如權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法制備得到的石墨烯改性磷酸鐵鋰，其特征在于，包括磷酸鐵鋰和摻雜在所述磷酸鐵鋰中的石墨烯。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨烯改性磷酸鐵鋰，其特征在于，所述石墨烯改性磷酸鐵鋰的粉末電阻率為5ω·cm~12ω·cm。

9.一種電池，其特征在于，所述電池的正極活性材料包括權(quán)利要求7~8任一項(xiàng)所述的石墨烯改性磷酸鐵鋰。

10.一種如權(quán)利要求9所述的電池在家用電器、電動(dòng)車、電動(dòng)汽車、電動(dòng)列車、船舶、衛(wèi)星或儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及正極活性材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯改性磷酸鐵鋰及其制備方法、電池、應(yīng)用。所述制備方法包括如下步驟：將含有磷酸接枝石墨烯和鋰鐵接枝石墨烯的水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)后焙燒，得到石墨烯改性磷酸鐵鋰。本申請(qǐng)的石墨烯改性磷酸鐵鋰的制備方法，采用石墨烯上原位生成磷酸鐵鋰的方式，在水熱反應(yīng)中，一步生成磷酸鐵鋰和石墨烯摻雜，制備步驟簡(jiǎn)單，成本低廉，制備條件溫和，易于實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)研發(fā)人員：陳濤,練平,王躍林,譚正蘭,禹夢(mèng),曹澤宇,劉帥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南裕能新能源電池材料股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6