本發明涉及鋰電池正極材料制備領域，具體涉及一種復合型石墨烯鋰電池正極材料的制備方法。
背景技術：
石墨烯是由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。石墨烯中各碳原子受外部機械力后，碳原子面會發生彎曲變形，從而使碳原子不必重新排列來適應外力，進而使得石墨烯的結構非常穩定，這種穩定的晶格使得電子在軌道中移動時受到的干擾也非常小。石墨烯的高熱導率有利于釋放在電池系統中高電流載荷產生的熱量。通常使用的商業化的鋰電池電極存在電導率和功率密度較低的問題。通過在前軀體中添加有機碳源和高價金屬離子的辦法可以改善材料的導電性。目前，在新一代鋰離子電池中使用石墨烯的相關研究已經很多。但若石墨烯的分散性不好，添加的石墨烯反而影響電極材料的倍率性能和強度性能。此外，石墨烯表面特性受化學狀態影響較大，選擇重復性高的制備工藝制備電極材料對提高石墨烯鋰電池正極材料產業化應用過程中的批次穩定性有著重要作用。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種復合型石墨烯鋰電池正極材料的制備方法，解決石墨烯分散性不高影響電極材料倍率性能和石墨烯鋰電池正極材料產業化應用過程中各批次穩定性低的問題。
本發明通過下述技術方案實現：
一種復合型石墨烯鋰電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：
(1)制備石墨烯分散液：按石墨粉末：水＝1:50000～1:500的重量比將石墨粉末加入到水中，超聲分散均勻后轉移到預設溫度為50℃的高壓反應釜中，通入二氧化碳氣體至高壓反應釜內壓力為100atm并保持40min，然后以50mL/s的速率泄壓至常壓；
(2)配制磷酸鐵鋰前軀體溶液：配制碳酸鋰1.2mol/L～2.0mol/L、氫氧化鋰0.8mol/L～1mol/L、磷酸二氫銨1.4mol/L～2.0mol/L、磷酸0.6mol/L～1mol/L、乙酸鐵2mol/L～3mol/L、檸檬酸0.5mol/L～2.5mol/L的混合水溶液；
(3)將石墨烯分散液與磷酸鐵鋰前驅體溶液按體積比1:20～1:9混合均勻，微波加熱至70℃，將制得的混合料烘干，在惰性氣氛保護下，于650℃～750℃焙燒6h～12h，即得復合型石墨烯鋰電池正極材料。
直接制備石墨烯分散液并將其與磷酸鐵鋰的制備過程結合起來可以解決分散石墨烯團聚體所帶來的難題。微波加熱的過程中快速將大量能量傳遞到混合液中，提高了制備效率。
其中，步驟(2)中磷酸鐵鋰前軀體溶液中各組分濃度為：碳酸鋰1.2mol/L～1.5mol/L、氫氧化鋰0.5mol/L～0.8mol/L、磷酸二氫銨1mol/L～1.4mol/L、磷酸0.6mol/L～1mol/L、乙酸鐵2mol/L、檸檬酸2mol/L。
其中，步驟(3)中石墨烯分散液與磷酸鐵鋰前驅體溶液的體積比為1:15，焙燒的溫度為700℃，焙燒的時間為10h。
其中，步驟(1)中所述二氧化碳氣體的純度為99.99％。
其中，步驟(3)中所述惰性氣氛為氮氣。
本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：
1、本發明一種復合型石墨烯鋰電池正極材料的制備方法，直接制備石墨烯分散液并將其與磷酸鐵鋰的制備過程結合起來，解決了石墨烯分散性不高影響電極材料倍率性能的問題；
2、本發明一種復合型石墨烯鋰電池正極材料的制備方法，采用溶膠凝膠法，解決了石墨烯鋰電池正極材料產業化應用過程中各批次穩定性低的問題。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發明，并不作為對本發明的限定。
實施例1
本發明一種復合型石墨烯鋰電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：
(1)制備石墨烯分散液：按石墨粉末：水＝1:50000的重量比將石墨粉末加入到水中，超聲分散均勻后轉移到預設溫度為50℃的高壓反應釜中，通入99.99％的二氧化碳氣體至高壓反應釜內壓力為100atm并保持40min，然后以50mL/s的速率泄壓至常壓；
(2)配制磷酸鐵鋰前軀體溶液：配制碳酸鋰2.0mol/L、氫氧化鋰1mol/L、磷酸二氫銨2.0mol/L、磷酸1mol/L、乙酸鐵3mol/L、檸檬酸2.5mol/L的混合水溶液；
(3)將石墨烯分散液與磷酸鐵鋰前驅體溶液按體積比1:20混合均勻，微波加熱至70℃，將制得的混合料烘干，在氮氣保護下，于750℃焙燒6h，即得復合型石墨烯鋰電池正極材料。
當0.1C放電時，比容量165mAh/g，1C放電時，比容量163mAh/g，則1C/0.1C倍率97.0％。500次循環維持率97.5％。
實施例2
本發明一種復合型石墨烯鋰電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：
(1)制備石墨烯分散液：按石墨粉末：水＝1:500的重量比將石墨粉末加入到水中，超聲分散均勻后轉移到預設溫度為50℃的高壓反應釜中，通入99.99％的二氧化碳氣體至高壓反應釜內壓力為100atm并保持40min，然后以50mL/s的速率泄壓至常壓；
(2)配制磷酸鐵鋰前軀體溶液：配制碳酸鋰1.2mol/L、氫氧化鋰0.8mol/L、磷酸二氫銨1.4mol/L、磷酸0.6mol/L、乙酸鐵2mol/L、檸檬酸0.5mol/L的混合水溶液；
(3)將石墨烯分散液與磷酸鐵鋰前驅體溶液按體積比1:9混合均勻，微波加熱至70℃，將制得的混合料烘干，在氮氣保護下，于650℃焙燒12h，即得復合型石墨烯鋰電池正極材料。
當0.1C放電時，比容量160mAh/g，1C放電時，比容量158mAh/g，則1C/0.1C倍率98.75％。500次循環維持率97.9％。
實施例3
本發明一種復合型石墨烯鋰電池正極材料的制備方法，包括如下步驟：
(1)制備石墨烯分散液：按石墨粉末：水＝1:5000的重量比將石墨粉末加入到水中，超聲分散均勻后轉移到預設溫度為50℃的高壓反應釜中，通入99.99％的二氧化碳氣體至高壓反應釜內壓力為100atm并保持40min，然后以50mL/s的速率泄壓至常壓；
(2)配制磷酸鐵鋰前軀體溶液：配制碳酸鋰1.5mol/L、氫氧化鋰0.5mol/L、磷酸二氫銨1mol/L、磷酸0.6mol/L、乙酸鐵2mol/L、檸檬酸2mol/L的混合水溶液；
(3)將石墨烯分散液與磷酸鐵鋰前驅體溶液按體積比1:15混合均勻，微波加熱至70℃，將制得的混合料烘干，在氮氣保護下，于700℃焙燒10h，即得復合型石墨烯鋰電池正極材料。
當0.1C放電時，比容量167mAh/g，1C放電時，比容量165mAh/g，則1C/0.1C倍率98.8％。500次循環維持率98.1％。
以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。