[發(fā)明專利]高性能鋰離子動(dòng)力電池/多孔碳復(fù)合正極材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410738291.4
• 申請(qǐng)日: 2014-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104466181A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾令興;錢(qián)慶榮;陳慶華;黃寶銓;黃曉霞;肖荔人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/587
• 分類號(hào): H01M4/587;H01M4/136;H01M10/0525
• 代理公司: 福州智理專利代理有限公司 35208
• 代理人: 王義星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于動(dòng)力鋰離子電池材料學(xué)領(lǐng)域，更具體涉及一種高性能Li₃V₂(PO₄)₃/多孔碳復(fù)合正極材料的制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

自上世紀(jì)鋰離子電池開(kāi)發(fā)成功以來(lái)，鋰離子電池已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是要得到循環(huán)性能好，比容量高，工作電壓高、大倍率充放電性能好的鋰電池正極材料一直以來(lái)是科學(xué)家的研究重點(diǎn)。現(xiàn)在工業(yè)上常用的正極材料有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料等。但是他們都具有一定的缺陷，如錳酸鋰循環(huán)穩(wěn)定性較差，鈷酸鋰價(jià)格高、衰減較快，磷酸鐵鋰批次不穩(wěn)定等。隨著多孔復(fù)合材料的興起，多孔碳復(fù)合物被認(rèn)為是一種很有前景的正極材料。在合成過(guò)程中，通過(guò)將正極材料與多孔碳原位復(fù)合，可有效提高正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。據(jù)已有文獻(xiàn)報(bào)道，多孔碳復(fù)合正極材料的循環(huán)壽命一般都在500-1200次之間，目前還未有制備Li₃V₂(PO₄)₃/多孔碳復(fù)合正極材料的相關(guān)專利報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高性能Li₃V₂(PO₄)₃/多孔碳復(fù)合正極材料的制備方法和應(yīng)用，工藝簡(jiǎn)單，重現(xiàn)性好，可大量生產(chǎn)，成本低廉，能耗低，符合環(huán)境要求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的一種高性能鋰離子動(dòng)力電池/多孔碳復(fù)合正極材料的制備方法，包括如下步驟：

1）將多孔碳用硝酸40-60℃回流0.5-2小時(shí)；

2）將鋰鹽、偏釩酸銨、磷酸二氫銨與檸檬酸按摩爾比3:2:3:1-3加入反應(yīng)器，加去離子水和乙醇，（去離子水和乙醇的量只要能使鋰鹽、偏釩酸銨、磷酸二氫銨與檸檬酸溶解或幾乎達(dá)到溶解（即可以有極少量不溶解也可）即可，即本領(lǐng)域所述的適量,其不是本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)），攪拌10-30分鐘后加入經(jīng)步驟1）處理的多孔碳中，繼續(xù)攪拌10-15分鐘，超聲5-10分鐘后，50-80℃烘干2-3小時(shí)的得到粉末產(chǎn)物；

3）將步驟2）所得粉末在N₂氣氛管式爐中700-900℃煅燒4-6小時(shí)，即得所述的Li₃V₂(PO₄)₃/多孔碳復(fù)合材料。

所述鋰鹽優(yōu)選碳酸鋰、硝酸鋰或醋酸鋰。

所述硝酸重量百分濃度優(yōu)選為15%-30%；乙醇體積百分濃度優(yōu)選為95%。

上述的制備方法制得了高性能鋰離子動(dòng)力電池/多孔碳復(fù)合正極材料。

本發(fā)明所述的高性能Li₃V₂(PO₄)₃/多孔碳復(fù)合材料應(yīng)用于動(dòng)力鋰離子電池正極中，在電壓為3.0-4.3?V、充放電倍率為20?C時(shí)充放電循環(huán)3000次以上，比容量高達(dá)95?mAh/g，容量保持率達(dá)86%；在電壓為3.0-4.3?V、充放電倍率為1?C時(shí)充放電循環(huán)500次，比容量穩(wěn)定在114?mAh/g；在超大倍率40?C時(shí)充放電比容量高達(dá)106?mAh/g。

本發(fā)明提供了一種鋰離子電池，包括正極、參比電極和對(duì)電極，其特征在于：所述正極采用按質(zhì)量比為：權(quán)利要求1-3任一所述的制備方法制得的Li₃V₂(PO₄)₃/多孔碳復(fù)合材料︰聚四氟乙烯︰乙炔黑＝80-90︰5-10︰5-10混合研磨后均勻地涂在鋁箔上作為正極，所述參比電極和對(duì)電極均為金屬鋰，電解質(zhì)是1M?LiPF₆的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯溶液，其中碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的體積比為1:1:1。

上述正極組裝均在惰性氣氛手套箱里進(jìn)行。本文中所述的EC為（碳酸乙烯酯）；DMC為（碳酸二甲酯）；EMC（碳酸甲乙酯）。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

1）用本發(fā)明的Li₃V₂(PO₄)₃/多孔碳復(fù)合材料作動(dòng)力鋰離子電池正極得到的鋰離子電池具有超長(zhǎng)循環(huán)壽命的大倍率充放電特性。在電壓為3.0-4.3?V、充放電倍率為20?C時(shí)充放電循環(huán)3000次以上，比容量高達(dá)95?mAh/g，容量保持率達(dá)86%，具有良好的動(dòng)力鋰離子電池應(yīng)用前景；