[發明專利]一種球形LiVPO4F正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201010216452.5
• 申請日: 2010-06-28
• 公開（公告）號: CN101920953A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 侯璐;舒杰;水淼;任元龍;黃鋒濤;徐丹;崔佳;徐錦錦
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C01B25/455
• 分類號: C01B25/455;H01M4/1397;H01M4/58
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 邱積權

技術領域

本發明涉及一種LiVPO₄F正極材料的制備方法，尤其是涉及一種球形LiVPO₄F正極材料的制備方法。

背景技術

在各種電子設備和電動工具迅猛發展的當今社會，高性能儲能器件的研究開發是一項刻不容緩的任務。化學電源是一種常見的儲能器件，然而，傳統的化學電源(如鉛酸電池、鎘鎳電池和鎳氫電池等)由于工作電壓低、能量密度低和污染嚴重等缺點而逐漸被社會所淘汰，相比之下，近些年來發展起來的鋰離子電池因其具有高工作電位、高比能量、高比功率、循環壽命長和無污染等優點被廣泛應用在各種便攜式電子設備、電動工具、電動汽車及混合電動車上。

鋰離子電池一般由正極材料、負極材料和電解液等組成，在商用鋰離子電池的各個組成部分中，含有鈷、鎳等稀缺金屬元素的正極材料(LiCoO₂和LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂)是決定鋰離子電池價格的最重要因素。然而，我國一個鈷、鎳資源極度緊缺的國家，已探明的鈷、鎳資源可開采儲量分別僅占世界鈷、鎳資源的1.03％和1.6％，大部分鈷礦、鎳礦資源依靠外國進口，因此非常有必要尋找和開發新型廉價鋰離子電池正極材料。相比之下，釩是我國優勢礦產，已探明的釩資源儲量居世界第三位，約占全球總儲量18.7％，因此，開發鋰離子電池釩系正極材料不僅具有重要的戰略意義，還具有極大的經濟和社會效益。

在鋰離子電池釩系正極材料中，LiVPO₄F是一種新型的聚陰離子材料，其結構是一個由PO₄四面體和VO₄F₂八面體構建的三維框架網絡，三維結構中PO₄四面體和VO₄F₂八面體共用一個氧頂點，而VO₄F₂八面體之間以氟頂點相連接，在這個三維結構中，鋰離子分別占據兩種不同的位置，正是由于這種結構優勢使得LiVPO₄F具有很高的平均工作電位(4.3V)、高度可逆的鋰離子輸運特性、較高的能量密度(667Wh/kg)、良好的化學及電化學穩定性，特別是熱穩定性，J.R.Dahn等人(F.Zhou，X.M.Zhao，J.R.Dahn，Electrochem.Commun.，2009，11：589-591.)利用加速量熱儀發現LiVPO₄F比LiFePO₄具有更好熱穩定性，顯示以此類材料構建的電池具有很高的安全性。因此，LiVPO₄F是一種非常有開發前景的鋰離子電池正極材料。目前，合成LiVPO₄F的主要方法是在惰性氣體保護下的高溫固相多步反應法，但是這類制備工藝具有過程復雜多變、能耗過大、成本較高等缺點，并且所得到的材料的物相純度不高、粒徑分布不均、填充密度低、電化學性能差，不利于實現大規模工業化生產。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種顆粒均勻一致且分散性好的球形LiVPO₄F正極材料的制備方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種球形LiVPO₄F正極材料的制備方法，具體實施步驟為：將硬碳球加入到水/乙醇混合溶液中，攪拌使其分散均勻，接著加入五氧化二釩粉末，攪拌10～20分鐘后滴加重量百分比為85％的磷酸溶液，再攪拌25～35min，然后加入氟化鋰，繼續攪拌25～35min，接著，升溫至75℃～85℃繼續攪拌溶液直至形成凝膠，然后將所得的凝膠在110℃～130℃下烘干，研細所得的干凝膠，接著在氬氣保護下于500-700℃溫度下反應8h～12h，自然冷卻到室溫即得LiVPO₄F。

所述的硬碳球的粒徑為10nm-10μm。

所述的水/乙醇混合溶液中水和乙醇的體積比為(1-5)∶(1-5)。

所述的硬碳球和水/乙醇混合溶液的質量體積比為1∶200。

所述的硬碳球、五氧化二釩、磷酸和氟化鋰的質量比為2∶18.2∶23∶5.2。