一種通過固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通過固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法。其包括以下特征步驟：首先配制磷酸鐵鋰飽和溶液，然后把石墨烯或氧化石墨烯或氧化石墨加入到上述飽和溶液中制備石墨烯或氧化石墨烯水相懸浮液，接著將磷酸鐵鋰固體加入到配置好的石墨烯或氧化石墨烯水相懸浮液中吸附后進(jìn)行過濾，最后將過濾得到的吸附石墨烯或氧化石墨烯的磷酸鐵鋰經(jīng)過干燥和熱處理后獲得石墨烯改性的磷酸鐵鋰，本發(fā)明技術(shù)具有磷酸鐵鋰改性成本低、改性后電性能容量高、倍率性能好的特點(diǎn)。
【專利說明】一種通過固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料的改性方法，具體是一種通過固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]磷酸鐵鋰作為鋰離子電池正極材料，因其安全的橄欖石結(jié)構(gòu)以及原料價廉易得而且環(huán)保而大受親睞，但由于磷酸鐵鋰的導(dǎo)電性能較差，需要進(jìn)行改性提高其導(dǎo)電性能后才能得到實際應(yīng)用。
[0003]目前改進(jìn)磷酸鐵鋰電性能的改性方法有:晶格摻雜法、表面覆碳法、摻納米碳管法、摻石墨烯法等，尤其以摻石墨烯法對磷酸鐵鋰電性能的提高效果最為顯著，但是目前各種石墨烯對磷酸鐵鋰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進(jìn)行噴霧干燥實現(xiàn)，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，必須濃度很低，這樣一來噴霧干燥的水量就很大，造成噴霧干燥能耗很高，導(dǎo)致改性成本很高，不具備工業(yè)實用價值。而如果是在加入磷酸鐵鋰后把大量水過濾分離出去再干燥，那由于大量水中溶解有磷酸鐵鋰中的一些組成元素，尤其是鋰溶解得多，鐵、磷溶解較少，各組分并不是按理論比溶解在水中，這就使得分離出水后得到的固體磷酸鐵鋰的組份比例發(fā)生了變化，使得得到的磷酸鐵鋰電性能反而變得更差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題是提供一種低成本，效果好的石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法，通過過濾使固液分離后烘干，實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰的改性，所得到的改性磷酸鐵鋰電性能容量高、倍率性能好。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種通過固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法，其特征在于包括如下步驟:
Cl)磷酸鐵鋰飽和溶液配制步驟:在純水中加入磷酸鐵鋰粉末，加入量為0.2-2g/L，攪拌10-90分鐘使其充分溶解，然后過濾得到磷酸鐵鋰飽和溶液以及未溶解的磷酸鐵鋰固體；
(2)石墨烯或氧化石墨烯水相懸浮液制備步驟:將石墨烯或氧化石墨烯或氧化石墨加入到步驟(I)得到的磷酸鐵鋰飽和溶液中，石墨烯或氧化石墨烯或氧化石墨的加入總量控制在0.5-4g/L，然后通過超聲剝離或分散0.5-3小時得到石墨烯或氧化石墨烯水相懸浮液；
(3)磷酸鐵鋰固體在水相中對石墨烯或氧化石墨烯吸附步驟:攪拌狀態(tài)下，將磷酸鐵鋰粉末加入到步驟(2)得到的石墨烯或氧化石墨烯水相懸浮液中，磷酸鐵鋰粉末的加入量控制在50-200g/L，然后繼續(xù)攪拌1-8小時使磷酸鐵鋰對石墨烯或氧化石墨烯進(jìn)行充分吸附，最后過濾得到吸附石墨烯或氧化石墨烯的磷酸鐵鋰以及吸附后液；
(4)干燥和熱處理步驟:將步驟(3)得到的吸附石墨烯或氧化石墨烯的磷酸鐵鋰先進(jìn)行100-120°C預(yù)烘干至水分小于5%后，轉(zhuǎn)入氣氛爐中在氮?dú)浠旌蠚怏w保護(hù)下300-700°C熱處理1-3小時，然后降溫至不大于95°C取出進(jìn)行包裝，得到石墨烯改性的磷酸鐵鋰產(chǎn)品。
[0006]進(jìn)一步地，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法，其特征在于，步驟(I)中未溶解的磷酸鐵鋰固體重復(fù)使用再配制磷酸鐵鋰飽和溶液。
[0007]進(jìn)一步地，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種進(jìn)行固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法，其特征是，步驟(2 )飽和磷酸鐵鋰溶液中加入石墨烯、氧化石墨烯、氧化石墨三種中的至少一種進(jìn)行超聲剝離或分散。
進(jìn)一步地，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法，其特征在于，步驟(3)中的過濾方法為抽濾或壓濾。
[0008]進(jìn)一步地，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法，其特征在于，步驟(3)得到的吸附后液返回步驟(2)循環(huán)使用。
[0009]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明所述的方法是把磷酸鐵鋰加入到磷酸鐵鋰的飽和水溶液中進(jìn)行吸附石墨烯或氧化石墨烯，然后過濾和烘干，這樣既避開了高成本的稀溶液噴霧干燥，又不改變吸附后磷酸鐵鋰各元素的組成比例，在保持磷酸鐵鋰的各組份比例不發(fā)生改變的同時，極大降低了改性成本，利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，通過本發(fā)明方法制得的改性磷酸鐵鋰電性能容量高、倍率性能好。

【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。
[0011]實施例1
在1000L的反應(yīng)釜中加入700L純水和140g磷酸鐵鋰粉末，持續(xù)攪拌90分鐘后過濾得到磷酸鐵鋰飽和溶液700L和少量未溶解的磷酸鐵鋰固體，然后把700L磷酸鐵鋰飽和溶液轉(zhuǎn)入到1000L的反應(yīng)釜中，并在攪拌狀態(tài)下加入2800g氧化石墨，進(jìn)行超聲剝離3小時后在攪拌狀態(tài)下加入140kg磷酸鐵鋰粉末進(jìn)行吸附，加完磷酸鐵鋰后繼續(xù)攪拌8小時，然后進(jìn)行壓濾得到吸附氧化石墨烯的磷酸鐵鋰以及吸附后液。吸附后液繼續(xù)用于制備石墨烯或氧化石墨烯水相懸浮液循環(huán)使用，將得到的吸附了氧化石墨烯的磷酸鐵鋰進(jìn)行120°C預(yù)烘干至水分小于5%后，轉(zhuǎn)入氣氛爐中在氮?dú)浠旌蠚怏w保護(hù)下700°C熱處理I小時，然后降溫至95°C取出進(jìn)行包裝得到石墨烯改性的磷酸鐵鋰產(chǎn)品。
[0012]實施例2
在1000L的反應(yīng)釜中加入700L純水和1400g磷酸鐵鋰粉末，持續(xù)攪拌10分鐘后過濾得到磷酸鐵鋰飽和溶液700L和未溶解的磷酸鐵鋰固體，未溶解的磷酸鐵鋰固體可再用于配制磷酸鐵鋰飽和溶液，把700L磷酸鐵鋰飽和溶液轉(zhuǎn)入到1000L的反應(yīng)釜中，并在攪拌狀態(tài)下加入350g石墨烯，進(jìn)行超聲分散0.5小時后在攪拌狀態(tài)下加入35kg磷酸鐵鋰粉末進(jìn)行吸附，加完磷酸鐵鋰后繼續(xù)攪拌5小時，然后進(jìn)行抽濾得到吸附石墨烯的磷酸鐵鋰以及吸附后液。吸附后液繼續(xù)用于制備石墨烯或氧化石墨烯水相懸浮液循環(huán)使用，將得到的吸附了石墨烯的磷酸鐵鋰進(jìn)行100°C預(yù)烘干至水分小于5%后，轉(zhuǎn)入氣氛爐中在氮?dú)浠旌蠚怏w保護(hù)下300°C熱處理3小時，然后降溫至60°C取出進(jìn)行包裝得到石墨烯改性的磷酸鐵鋰產(chǎn)品O
[0013]實施例3
在1000L的反應(yīng)釜中加入700L純水和1200g配制磷酸鐵鋰飽和溶液時濾出的未溶解的磷酸鐵鋰固體，持續(xù)攪拌50分鐘后過濾得到磷酸鐵鋰飽和溶液700L和未溶解的磷酸鐵鋰固體，未溶解的磷酸鐵鋰固體可再用于配制磷酸鐵鋰飽和溶液，把700L磷酸鐵鋰飽和溶液轉(zhuǎn)入到1000L的反應(yīng)釜中，并在攪拌狀態(tài)下加入800g石墨烯，進(jìn)行超聲分散I小時后在攪拌狀態(tài)下加入40kg磷酸鐵鋰粉末進(jìn)行吸附，加完磷酸鐵鋰后繼續(xù)攪拌I小時，然后進(jìn)行抽濾得到吸附石墨烯的磷酸鐵鋰以及吸附后液。吸附后液繼續(xù)用于制備石墨烯或氧化石墨烯水相懸浮液循環(huán)使用，將得到的吸附了石墨烯的磷酸鐵鋰進(jìn)行110°C預(yù)烘干至水分小于5%后，轉(zhuǎn)入氣氛爐中在氮?dú)浠旌蠚怏w保護(hù)下500°C熱處理2小時，然后降溫至70°C取出進(jìn)行包裝得到石墨烯改性的磷酸鐵鋰產(chǎn)品。
[0014]實施例4
在1000L的反應(yīng)釜中加入700L循環(huán)使用的吸附后液，并在攪拌狀態(tài)下加入1400g氧化石墨烯，進(jìn)行超聲分散2小時后在攪拌狀態(tài)下加入35kg磷酸鐵鋰粉末進(jìn)行吸附，加完磷酸鐵鋰?yán)^續(xù)攪拌6小時，然后進(jìn)行壓濾得到吸附氧化石墨烯的磷酸鐵鋰以及吸附后液。吸附后液繼續(xù)用于制備石墨烯或氧化石墨烯懸浮液循環(huán)使用，將得到的吸附了氧化石墨烯的磷酸鐵鋰進(jìn)行110°C預(yù)烘干至水分小于5%后，轉(zhuǎn)入氣氛爐中在氮?dú)浠旌蠚怏w保護(hù)下600°C熱處理2小時，然后降溫至75°C取出進(jìn)行包裝得到石墨烯改性的磷酸鐵鋰產(chǎn)品。
[0015]實施例5
在1000L的反應(yīng)釜中加入700L循環(huán)使用的吸附后液，并在攪拌狀態(tài)下加入800g石墨烯和400g氧化石墨，進(jìn)行超聲分散和剝離2小時后在攪拌狀態(tài)加入40kg磷酸鐵鋰粉末進(jìn)行吸附，加完磷酸鐵鋰?yán)^續(xù)攪拌4小時，然后進(jìn)行壓濾得到吸附石墨烯和氧化石墨烯的磷酸鐵鋰以及吸附后液。吸附后液繼續(xù)用于制備石墨烯或氧化石墨烯懸浮液循環(huán)使用，將得到的吸附了石墨烯和氧化石墨烯的磷酸鐵鋰進(jìn)行120°C預(yù)烘干至水分小于5%后，轉(zhuǎn)入氣氛爐中在氮?dú)浠旌蠚怏w保護(hù)下650°C熱處理2.5小時，然后降溫至70°C取出進(jìn)行包裝得到石墨烯改性的磷酸鐵鋰產(chǎn)品。
[0016]實施例6
在1000L的反應(yīng)釜中加入700L循環(huán)使用的吸附后液，并在攪拌狀態(tài)下加入400g氧化石墨烯、200g石墨烯和400g氧化石墨，進(jìn)行超聲剝離和分散2小時后在攪拌狀態(tài)下加入60kg磷酸鐵鋰粉末進(jìn)行吸附，加完磷酸鐵鋰?yán)^續(xù)攪拌7小時，然后進(jìn)行壓濾得到吸附石墨烯和氧化石墨烯的磷酸鐵鋰以及吸附后液。吸附后液繼續(xù)用于制備石墨烯或氧化石墨烯水相懸浮液循環(huán)使用，將得到的吸附了石墨烯和氧化石墨烯的磷酸鐵鋰進(jìn)行110°C預(yù)烘干至水分小于5%后，轉(zhuǎn)入氣氛爐中在氮?dú)浠旌蠚怏w保護(hù)下650°C熱處理2小時，然后降溫至55°C取出進(jìn)行包裝得到石墨烯改性的磷酸鐵鋰產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.一種通過固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)磷酸鐵鋰飽和溶液配制步驟:在純水中加入磷酸鐵鋰粉末，加入量為0.2-2g/L，攪拌10-90分鐘使其充分溶解，然后過濾得到磷酸鐵鋰飽和溶液以及未溶解的磷酸鐵鋰固體； (2)石墨烯或氧化石墨烯水相懸浮液制備步驟:將石墨烯或氧化石墨烯或氧化石墨加入到步驟(I)得到的磷酸鐵鋰飽和溶液中，石墨烯或氧化石墨烯或氧化石墨的加入總量控制在0.5-4g/L，然后通過超聲剝離或分散0.5-3小時得到石墨烯或氧化石墨烯水相懸浮液； (3)磷酸鐵鋰固體在水相中對石墨烯或氧化石墨烯吸附步驟:攪拌狀態(tài)下，將磷酸鐵鋰粉末加入到步驟(2)得到的石墨烯或氧化石墨烯水相懸浮液中，磷酸鐵鋰粉末的加入量控制在50-200g/L，然后繼續(xù)攪拌1-8小時使磷酸鐵鋰對石墨烯或氧化石墨烯進(jìn)行充分吸附，最后過濾得到吸附石墨烯或氧化石墨烯的磷酸鐵鋰以及吸附后液； (4)干燥和熱處理步驟:將步驟(3)得到的吸附石墨烯或氧化石墨烯的磷酸鐵鋰先進(jìn)行100-120°C預(yù)烘干至水分小于5%后，轉(zhuǎn)入氣氛爐中在氮?dú)浠旌蠚怏w保護(hù)下300-700°C熱處理1-3小時，然后降溫至不大于95°C取出進(jìn)行包裝，得到石墨烯改性的磷酸鐵鋰產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法，其特征在于，步驟(I)中未溶解的磷酸鐵鋰固體重復(fù)使用再配制磷酸鐵鋰飽和溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種進(jìn)行固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法，其特征是，步驟(2)飽和磷酸鐵鋰溶液中加入石墨烯、氧化石墨烯、氧化石墨三種中的至少一種進(jìn)行超聲剝離或分散。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法，其特征在于，步驟(3)中的過濾方法為抽濾或壓濾。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過固液分離實現(xiàn)石墨烯對磷酸鐵鋰改性的方法，其特征在于，步驟(3)得到的吸附后液返回步驟(2)循環(huán)使用。
【文檔編號】H01M4/58GK104241646SQ201410429794
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】何國端, 李南平, 蔣燕鋒 申請人:海門容匯通用鋰業(yè)有限公司