本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種LiFePO₄/石墨烯復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池具有電壓高、比能量高、無環(huán)境污染等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于手機(jī)等便攜式電子設(shè)備。自石墨烯被成功制備以來，其片層具有柔性和可控性，能夠更有效地改善活性材料的電化學(xué)性能。石墨烯是一類具有應(yīng)用前景的鋰離子電池材料。磷酸鐵鋰電池因其具有環(huán)境友好、價(jià)格低廉、熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料的回收方法主要有兩大類：一種以回收貴重金屬為目的的濕法浸出，另一種為再生磷酸鐵鋰正極材料。石墨烯適合作為包覆材料以增強(qiáng)磷酸鐵鋰導(dǎo)電性能和循環(huán)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了一種LiFePO₄/石墨烯復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明所述的一種LiFePO₄/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，將LiFePO₄材料和石墨烯按照質(zhì)量比8~100︰1混合，以N-甲基-2-吡咯烷酮為分散劑，行星球磨機(jī)球磨1～8h，然后30～130℃干燥1～10h，再在500～900℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒8～30h，即得LiFePO₄/石墨烯復(fù)合材料。

進(jìn)一步，LiFePO₄材料的制備步驟如下：

（1）將廢舊LiFePO₄電池正極片放入乙酸乙酯和酒精的混合有機(jī)溶劑中浸泡，其中，乙酸乙酯和酒精的體積比為1～10︰1，浸泡時(shí)進(jìn)行超聲波處理，超聲頻率為50～60kHz，用攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌速率為150～180r/min，浸泡時(shí)間為0.5～3h，過濾，于30～90℃干燥1～2h，得到正極材料；

（2）將步驟（1）過濾干燥得到的正極材料在行星球磨機(jī)中球磨0.5～10h，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為50～1000r/min；

（3）將步驟（2）球磨后的正極材料與適量的碳酸鋰一起放入焙燒爐中焙燒，焙燒溫度為500～850℃，得到焙燒料，碳酸鋰按滿足焙燒料中Li、Fe和P的摩爾比為0.95～1.1︰0.9～1.1︰0.9～1.1的要求來添加；

（4）將步驟（3）得到的焙燒料放入0~50℃的水中進(jìn)行淬火，然后于30～120℃干燥0.5～10h；

（5）將步驟（4）干燥后的物料與導(dǎo)電炭黑混合，在500～850℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒8～30h，得到LiFePO₄材料，其中干燥后的物料與導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量比為1︰0~2。

進(jìn)一步，石墨烯的制備方法為：將純鎂粉磨細(xì)至–200目顆粒占90％以上，將磨細(xì)后的鎂粉與NaCl混合后置于陶瓷皿中，將四氯化碳液體加入另一陶瓷皿中，然后將兩個(gè)裝原料的陶瓷皿放入真空爐中，抽真空，使真空爐內(nèi)大氣壓在10Pa以下，使真空爐升溫至500~580℃，四氯化碳?xì)饣⑴c鎂粉發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為1-3h，將反應(yīng)產(chǎn)物用鹽酸溶解，抽濾，得到石墨烯。

進(jìn)一步，步驟（1）中乙酸乙酯和酒精的體積比為1︰1。

進(jìn)一步，鎂粉與NaCl的質(zhì)量比為1︰2-5。

進(jìn)一步，鎂粉與四氯化碳的質(zhì)量比為1︰2.5-3.5。

進(jìn)一步，抽真空，使真空爐內(nèi)大氣壓在2Pa以下。

進(jìn)一步，使真空爐升溫至560℃。

本發(fā)明通過乙酸乙酯和酒精的混合有機(jī)溶劑來浸泡正極片并進(jìn)行超聲波處理，使得正極材料更利于分離。球磨后的正極材料添加一定量的碳酸鋰一起進(jìn)行焙燒，使得最終得到LiFePO₄材料滿足電池材料的要求。本發(fā)明制備得到的石墨烯純度高，方法簡單，成本低。本發(fā)明制備得到的LiFePO₄/石墨烯復(fù)合材料方法簡單，成本低，得到的復(fù)合材料導(dǎo)電性能優(yōu)良。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明做出詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：

一種LiFePO₄/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：

（1）將廢舊LiFePO₄電池正極片放入乙酸乙酯和酒精的混合有機(jī)溶劑中浸泡，其中，乙酸乙酯和酒精的體積比為1︰1，浸泡時(shí)進(jìn)行超聲波處理，超聲頻率為50kHz，用攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌速率為150r/min，浸泡時(shí)間為0.5h，過濾，于30℃干燥1h，得到正極材料；

（2）將步驟（1）過濾干燥得到的正極材料在行星球磨機(jī)中球磨0.5h，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為50r/min；

（3）將步驟（2）球磨后的正極材料與適量的碳酸鋰一起放入焙燒爐中焙燒，焙燒溫度為500℃，得到焙燒料，碳酸鋰按滿足焙燒料中Li、Fe和P的摩爾比為0.95︰0.9︰0.9的要求來添加；

（4）將步驟（3）得到的焙燒料放入0℃的水中進(jìn)行淬火，然后于30℃干燥0.5h；

（5）將步驟（4）干燥后的物料與導(dǎo)電炭黑混合，在500℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒8h，得到LiFePO₄材料，其中干燥后的物料與導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量比為1︰0.01；

（6）將純鎂粉磨細(xì)至–200目顆粒占90％，將磨細(xì)后的鎂粉與NaCl混合后置于陶瓷皿中，將四氯化碳液體加入另一陶瓷皿中，然后將兩個(gè)裝原料的陶瓷皿放入真空爐中，抽真空，使真空爐內(nèi)大氣壓在5Pa，使真空爐升溫至500℃，四氯化碳?xì)饣⑴c鎂粉發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為1h，將反應(yīng)產(chǎn)物用鹽酸溶解，抽濾，得到石墨烯；其中，鎂粉與NaCl的質(zhì)量比為1︰2，鎂粉與四氯化碳的質(zhì)量比為1︰2.5；

（7）將步驟（5）得到的LiFePO₄材料和步驟（6）得到的石墨烯按照質(zhì)量比8︰1混合，以N-甲基-2-吡咯烷酮為分散劑，行星球磨機(jī)球磨1h，然后30℃干燥1h，再在500℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒8h，即得LiFePO₄/石墨烯復(fù)合材料。

實(shí)施例2：

一種LiFePO₄/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：

（1）將廢舊LiFePO₄電池正極片放入乙酸乙酯和酒精的混合有機(jī)溶劑中浸泡，其中，乙酸乙酯和酒精的體積比為10︰1，浸泡時(shí)進(jìn)行超聲波處理，超聲頻率為60kHz，用攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌速率為180r/min，浸泡時(shí)間為3h，過濾，于90℃干燥2h，得到正極材料；

（2）將步驟（1）過濾干燥得到的正極材料在行星球磨機(jī)中球磨10h，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min；

（3）將步驟（2）球磨后的正極材料與適量的碳酸鋰一起放入焙燒爐中焙燒，焙燒溫度為850℃，得到焙燒料，碳酸鋰按滿足焙燒料中Li、Fe和P的摩爾比為1︰1︰1的要求來添加；

（4）將步驟（3）得到的焙燒料放入50℃的水中進(jìn)行淬火，然后于120℃干燥10h；

（5）將步驟（4）干燥后的物料與導(dǎo)電炭黑混合，在850℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒30h，得到LiFePO₄材料，其中干燥后的物料與導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量比為1︰2；

（6）將純鎂粉磨細(xì)至–200目顆粒占95％，將磨細(xì)后的鎂粉與NaCl混合后置于陶瓷皿中，將四氯化碳液體加入另一陶瓷皿中，然后將兩個(gè)裝原料的陶瓷皿放入真空爐中，抽真空，使真空爐內(nèi)大氣壓在2Pa，使真空爐升溫至550℃，四氯化碳?xì)饣⑴c鎂粉發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為3h，將反應(yīng)產(chǎn)物用鹽酸溶解，抽濾，得到石墨烯；其中，鎂粉與NaCl的質(zhì)量比為1︰5，鎂粉與四氯化碳的質(zhì)量比為1︰3.5；

（7）將步驟（5）得到的LiFePO₄材料和步驟（6）得到的石墨烯按照質(zhì)量比100︰1混合，以N-甲基-2-吡咯烷酮為分散劑，行星球磨機(jī)球磨8h，然后125℃干燥10h，再在860℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒30h，即得LiFePO₄/石墨烯復(fù)合材料。

實(shí)施例3：

一種LiFePO₄/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，步驟如下：

（1）將廢舊LiFePO₄電池正極片放入乙酸乙酯和酒精的混合有機(jī)溶劑中浸泡，其中，乙酸乙酯和酒精的體積比為5︰1，浸泡時(shí)進(jìn)行超聲波處理，超聲頻率為55kHz，用攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌速率為160r/min，浸泡時(shí)間為2h，過濾，于60℃干燥1.5h，得到正極材料；

（2）將步驟（1）過濾干燥得到的正極材料在行星球磨機(jī)中球磨5h，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為500r/min；

（3）將步驟（2）球磨后的正極材料與適量的碳酸鋰一起放入焙燒爐中焙燒，焙燒溫度為650℃，得到焙燒料，碳酸鋰按滿足焙燒料中Li、Fe和P的摩爾比為1︰1︰1的要求來添加；

（4）將步驟（3）得到的焙燒料放入20℃的水中進(jìn)行淬火，然后于60℃干燥8h；

（5）將步驟（4）干燥后的物料與導(dǎo)電炭黑混合，在750℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒10h，得到LiFePO₄材料，其中干燥后的物料與導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量比為1︰0.5；

（6）將純鎂粉磨細(xì)至–200目顆粒占95％，將磨細(xì)后的鎂粉與NaCl混合后置于陶瓷皿中，將四氯化碳液體加入另一陶瓷皿中，然后將兩個(gè)裝原料的陶瓷皿放入真空爐中，抽真空，使真空爐內(nèi)大氣壓在1Pa，使真空爐升溫至520℃，四氯化碳?xì)饣⑴c鎂粉發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為1.5h，將反應(yīng)產(chǎn)物用鹽酸溶解，抽濾，得到石墨烯；其中，鎂粉與NaCl的質(zhì)量比為1︰3，鎂粉與四氯化碳的質(zhì)量比為1︰3.2；

（7）將步驟（5）得到的LiFePO₄材料和步驟（6）得到的石墨烯按照質(zhì)量比9︰1混合，以N-甲基-2-吡咯烷酮為分散劑，行星球磨機(jī)球磨3h，然后70℃干燥5h，再在650℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒20h，即得LiFePO₄/石墨烯復(fù)合材料。