[發明專利]一種鋰離子動力電池磷酸釩鋰正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201110009136.5
• 申請日: 2011-01-17
• 公開（公告）號: CN102088081A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: 涂江平;喬彥強;程麗娟;周俊平;王秀麗;谷長棟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及鋰離子電池正極材料的制備方法，尤其是鋰離子動力電池磷酸釩鋰正極材料的制備方法。

背景技術

開發新能源和可再生清潔能源是解決能源危機和環境問題的重要途徑。鋰離子電池作為最新一代二次電池，自1990年問世以來發展十分迅速。與常用的鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池等二次電池相比，鋰離子電池具有開路電壓高、能量密度大、使用壽命長、無記憶效應、無污染及自放電小等優點。目前，鋰離子電池已廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、攝放相機和家用電器等，并積極地向電動工具、電動汽車、UPS、空間技術等領域發展。

以Li₃V₂(PO₄)₃為代表的磷酸鹽系鋰離子正極材料因為具有環保、安全性能好、成本低廉、結構穩定、電化學性能較好等特點，吸引了研究工作者的重視。該類材料的氧化還原電位較高，且Li₃V₂(PO₄)₃具有特殊的三維離子通道，鋰離子能很好地進行脫嵌。Li₃V₂(PO₄)₃屬于具有NASCION結構的Li₃M₂(XO₄)₃類物質，這種結構具有高穩定性，同時具有較開放的空間結構，為Li⁺嵌入和脫嵌提供了方便。單斜晶系Li₃V₂(PO₄)₃屬于P2₁/n空間群，聚陰離子PO₄^3?具有4面體結構，與八面體的VO₆通過共用頂點的氧原子而形成三維網狀骨架結構。這種特殊的三維結構使得每個VO₆單元與6個PO₄^3?單元相鄰，而每個PO₄^3?單元周圍有4個VO₆單元。可以用A₂B₃通式來表示這個結構（其中A=VO_6，B=PO₄^3?），每個單晶中含有4個A₂B₃晶胞單元，因此每個單晶就有12個鋰離子，據報道最多可有5個Li⁺參與嵌入和脫嵌。

目前用于制備Li₃V₂(PO₄)₃的方法主要有高溫固相法、溶膠-凝膠法及水熱法等。其中用得最多的是高溫固相法，該方法根據所用還原劑的不同，又可分為氫還原法和碳熱還原法等。固相法是將各原料物質球磨混合均勻后高溫煅燒反應制得；溶膠-凝膠法是將原料物質配置成溶液混合，調節pH值形成溶膠后干燥、分解、再高溫反應；水熱法是將化學當量的原料物質和溶劑加入高壓釜中，在高溫高壓條件下反應制得。固相法雖然操作簡單，但產品一次粒徑較大，循環穩定性較差；溶膠-凝膠法中凝膠分子較小，原料混合充分，所得產品質量較高，但制凝膠過程過于繁瑣；水熱法要求反應釜壓強達到20個大氣壓以上，工業生產設備投資大，安全隱患大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種工藝簡單，成本低廉，操作安全，便于工業化生產的鋰離子動力電池磷酸釩鋰正極材料的制備方法。

本發明的鋰離子動力電池磷酸釩鋰正極材料的制備方法，其步驟如下：

1）用去離子水分別配制濃度為50～100?g/L的白色渾濁NH₄VO₃溶液和濃度為100～140?g/L的LiOH·H₂O水溶液，將LiOH·H₂O水溶液加到NH₄VO₃的白色渾濁溶液中均勻攪拌直至溶液變清；

2）將水合肼逐滴加入到步驟1）制得的溶液中，直至溶液變為淡黃色；

3）用去離子水配制濃度為100～120?g/L的(NH₄)₂HPO₄水溶液，然后將此水溶液加入步驟2）的淡黃色溶液中，得到棕黑色溶液；