[發明專利]一種淬冷法制備磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰的方法

無效

• 申請號: 201110337002.6
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN102361080A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 鄭俊超;張寶;張佳峰
• 申請（專利權）人: 中南大學;深圳科雷拉能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所 43205
• 代理人: 趙靜華

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池復合正極材料磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰的制備方法，特別是涉及噴霧干燥-淬冷法制備復合正極材料xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃的方法。

背景技術

LiFePO₄和Li₃V₂(PO₄)₃是兩種代表性的磷酸鹽體系正極材料，但?LiFePO₄的導電性很差，在大電流放電時容量衰減快，低溫性能和倍率性能差；Li₃V₂(PO₄)₃具有理論比容量高（197?mAh·g^-1）、工作電位高（3.6-4.5V?vs.?Li/Li⁺）、結構穩定、電化學性能良好等優點，但其晶體結構中金屬離子相隔較遠，降低了材料中電子的遷移率，導致材料的電子導電率較低，在大電流下進行充放電效果不理想，將兩種傳統的磷酸鹽系正極材料LiFePO₄和Li₃V₂(PO₄)₃一起復制備出來，利用Li₃V₂(PO₄)₃的高離子導電性、高理論比容量、高放電電壓平臺、良好的低溫放電性能等優勢來對LiFePO₄基材料進行改性，是一種行之有效的方法。目前有Jun-chao?Zheng、Mu?Rong?Yang、Lina?Wang?等人分別用濕化學還原法、固相燒結法、流變相法等合成出了一系列復合正極材料，雖然材料的電化學性能良好，然而材料的振實密度低，大倍率充放電性能不夠理想。如何進一步提高復合材料的能量密度和大倍率充放電性能，使其完全滿足動力電池的使用要求，是目前亟待解決的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種能大幅度提高復合正極材料磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰振實密度和大倍率充放電性能的方法。

本發明的技術方案包括以下步驟：

（1）將釩源化合物、鐵源化合物、鋰源化合物和磷源化合物按復合材料xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃的化學計量比混合均勻；

（2）按照碳源與復合材料的質量比為1:20～10:1加入碳源，攪拌混合，并均勻分散在溶劑中，然后進行噴霧干燥，制備出球形前軀體混合物；

（3）將球形前軀體混合物置于非氧化性氣氛中在500～900℃恒溫煅燒2～48小時；

（4）將高溫粉末迅速轉移至低溫介質中,在淬冷溫度為-209℃～35℃淬冷1min～2h，制得磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰（xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃）復合材料。

所述溶劑是水、乙醇、甲醇、丙酮中的一種。

所述低溫介質是水、液氮、干冰中的一種。

所述淬冷溫度為-195℃～0℃；淬冷時間為0.5～h。

本發明采用噴霧-急冷法合成復合正極材料，一方面利用噴霧干燥制備出規則的球形復合材料前軀體，提高復合材料的振實密度，進而提高能量密度；另一方面通過急冷法使復合材料具有細小的晶體顆粒，縮短鋰離子的擴散路程，急冷法還可以使材料晶體生成一些缺陷，從而增多鋰離子的擴散通道，增強材料的導電性，提高材料的倍率性能。利用噴霧-急冷法合成的磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復合材料顆粒呈規則球形并且粒徑分布均勻，具有高振實密度；電子導電性明顯得到提高，具有良好的大倍率充放電性能。

附圖說明

圖1是實施例1中2號樣品的X射線衍射圖譜；

圖2是實施例1中2號樣品的掃描電鏡圖；

圖3是實施例1中2號樣品的充放電曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。

實施例1：