[發(fā)明專利]鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710075972.7
• 申請日: 2007-07-12
• 公開（公告）號: CN101106194A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發(fā)明（設計）人: 侯春平;岳敏;賀雪琴;張萬紅
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市貝特瑞電子材料有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/48;H01M4/04;C01B25/45;B22F9/00;B22F1/02;B01J19/00
• 代理公司: 深圳市中知專利商標代理有限公司
• 代理人: 孫皓;林虹

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法，特別是一種磷酸釩鋰材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子二次電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長和自放電率小的優(yōu)點，自1990年代Sony公司成功實現(xiàn)鋰離子二次電池的商業(yè)化生產(chǎn)以來，鋰離子電池被廣泛地應用在各種便攜式電子產(chǎn)品和移動工具上，它在電動汽車(EV)和混合電動汽車(HEV)電源方面也有著巨大的應用前景。目前，鋰離子電池正極材料主要有鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物和磷酸亞鐵鋰等幾種，鋰鈷氧化物是最早作為鋰離子電池正極材料使用的，技術(shù)成熟，但鈷作為戰(zhàn)略資源，資源短缺、成本高、毒性較高，而且鋰鈷氧化物由于本身結(jié)構(gòu)原因存在熱穩(wěn)定性差、氧易逸出和燃燒，安全性較差，而且其放電電壓較低(平均放電電壓為3.6～3.7V)、容量低于150mAh/g。鋰錳氧化物正極材料資源豐富、成本低，但其電化學容量較低，使其應用受到了限制。磷酸亞鐵鋰正極材料具有成本較低、穩(wěn)定性較好和安全性能好的優(yōu)點，但其放電電壓平臺較低，在3.4V左右，理論容量(170mAh/g)也較低。在所研究的各類鋰離子電池正極材料之中，磷酸釩鋰具有以下優(yōu)點：較高的放電電壓平臺，平均放電電壓為4.0V左右；較高的充放電容量，理論容量為197mAh/g，可逆容量在170mAh/g以上；優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性；良好的安全性和較低的成本，因而有望成為新一代的鋰離子電池正極材料。

目前，對鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰的研究還剛剛開始，研究報道不多，公知的磷酸釩鋰合成方法主要有高溫固相法、溶膠凝膠法和微波燒結(jié)法三種。高溫固相法采用的原料幾乎都為鋰鹽、釩鹽和磷酸鹽，經(jīng)預燒，再加碳還原或氫氣還原焙燒，操作較繁瑣，存在合成產(chǎn)品的純度低以及生產(chǎn)成本高的問題。溶膠凝膠法合成條件控制苛刻，不適于工業(yè)化生產(chǎn)。微波法合成時間短，能耗低，但由于加熱溫度及時間不易控制，影響了產(chǎn)品性能，而且產(chǎn)物純度也得不到保證。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰及其制備方法，要解決的技術(shù)問題是提高正極材料的純度，簡化合成方法中的操作步驟，降低生產(chǎn)成本。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰，所述正極材料具有磷酸釩鋰Li₃V₂(PO₄)₃基體，基體外包覆有碳材料，正極材料具有球形、長短軸為5～30μm的近似球形、菱形、錐形、片狀、層狀或/和塊狀的微觀特征，其粒度為5～30μm，比表面積為5～15m²/g。

一種鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰的制備方法，包括以下步驟：一、納米顆粒的制備：分別將非水溶性鋰源化合物、釩源化合物、磷源化合物和絡合劑經(jīng)過濕法超細球磨處理至亞微米或納米級顆粒；二、液相混合反應：按物質(zhì)的量之比Li∶V∶P∶L(絡合劑)＝(3.0～3.3)∶2∶3∶(1.5～2.2)稱取鋰源化合物、釩源化合物、磷源化合物和絡合劑溶于40～90℃去離子水中，攪拌1～3小時得到混合材料；三、前軀體的制備：將混合材料在200～500r/min的轉(zhuǎn)速下球磨0.5～12小時，然后在100～360℃條件下噴霧干燥得到正極材料前軀體，前軀體的形狀為球形、長短軸為5～30μm的近似球形、菱形、錐形、片狀、層狀或/和塊狀的二次成型顆粒；四、預處理：將二次成型顆粒在惰性氣氛保護下、在200～450℃預處理2～6小時，自然冷卻后得到預處理粉末；五、焙燒處理：將預處理粉末裝填到剛玉或石墨匣缽內(nèi)，在惰性氣氛保護下、在600～950℃中焙燒處理5～12小時，然后自然降溫至室溫，得到Li₃V₂(PO₄)₃基體；六、將Li₃V₂(PO₄)₃基體表面包覆可炭化的有機物，然后在500～1200℃的溫度下處理1～12小時。