一种金属掺杂磷酸锰锂/石墨烯/碳复合材料的制备方法

摘要

本发明为一种金属掺杂磷酸锰锂/石墨烯/碳复合材料的制备方法，该方法在制备磷酸锰锂时加入石墨烯来代替部分导电碳黑，将三种溶液混合后制备的前驱体移入反应罐中在160～300℃进行溶剂热反应1～20小时后得到石墨烯原位复合磷酸锰锂材料。本发明把石墨烯的柔韧的特性更好的和磷酸锰锂实现面接触的复合，和石墨烯极高的导电性来改善磷酸锰锂的电子导电性。本发明既能提高其本征电子导电率又能在磷酸锰锂材料表面均匀包覆一层导电率极高的石墨烯薄膜，石墨烯和导电碳黑一起构成一个三维导电网络，从而显著提高磷酸锰锂材料的电化学性能，以其作为锂离子电池的正极材料。

主权项

一种金属掺杂磷酸锰锂/石墨烯/碳复合材料的制备方法，其特征为包括以下步骤：①按照理论量磷酸锰锂：石墨烯=1：0.1～0.005的质量比将石墨烯分散在含有锰源化合物、掺杂金属离子化合物、磷源化合物和还原剂的溶剂一中，经过超声，高速剪切使石墨烯充分分散均匀，称为A液；将锂源溶解于溶剂二中得到B液，然后将B液滴加至A液中，得到磷酸锰锂的前驱体溶液，将其置于高温高压反应釜中，加热至160～300℃，反应时间为1～20小时，制得以石墨烯为模板的磷酸锰锂/石墨烯复合材料；其中，所述的制备磷酸锰锂的原料的离子摩尔比为锂离子：锰离子：掺杂金属离子：磷酸根离子=3：X：1‑X：1，X=0.7‑0.95，磷酸锰锂的化学式LiMnXM（1‑X）PO4，其中，X＝0.7‑0.95，M为掺杂金属离子；理论量磷酸锰锂为按照磷酸根离子摩尔数全部得到磷酸锰锂计的质量；体积比为A液：B液＝0.5‑2：1；得到磷酸锰锂的前驱体溶液中锂离子浓度为0.1‑1mol/L；还原剂的总浓度为0.03‑0.2mol/L；前驱体溶液的体积为反应釜容积的30%‑‑90%；②步骤①所得材料与碳源球磨后，经高温烧结处理，最后得到以石墨烯和碳构成三维导电网络的磷酸锰锂复合材料；其中，质量比为理论量磷酸锰锂：碳源=2—10:1；步骤①所述的锰源为硫酸锰、草酸锰、醋酸锰、二氧化锰、柠檬酸锰和氯化亚锰中一种或多种；步骤①所述的掺杂金属离子的化合物为铁、铬、镁、铜、镍和钒的可溶性金属化合物中一种或多种的组合；步骤①所述的磷源化合物具体为磷酸、磷酸二氢铵和磷酸氢二铵中的一种或多种；步骤①所述的还原剂为葡萄糖、抗坏血酸、草酸、乙酸和柠檬酸中的一种或多种，步骤①所述的锂源化合物具体为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、草酸锂和磷酸二氢锂中的一种或多种；步骤①所述的溶剂一和溶剂二均为水与有机溶剂的混合物，体积比水：有机溶剂=0.1‑1：1，有机溶剂为乙醇、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇或聚丙烯酸；步骤②所述的碳源为蔗糖、葡萄糖或柠檬酸。