[發明專利]一種鋰離子電池正極Li3V2(PO4)3/C復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110356656.3
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN102386412A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 梁叔全;潘安強
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 袁靖

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極Li₃V₂(PO₄)₃/C復合材料及其制備方法。

背景技術

可充電鋰離子電池因為其能量密度高，循環壽命長，被廣泛應用在各種便攜式的電子產品中，如筆記本電腦，手機等。目前正在被應用于電動汽車和儲能設備中。鋰離子電池的性能很大程度取決于電池的材料性能，如正極材料、負極材料等。鋰鈷氧化物已經成功商業化生產，但是成本較高，鈷資源短缺，且有較大的毒性。開發新的鋰電池正極材料變得很有必要。我國釩資源豐富，占世界釩儲量的五分之一。合成電化學性能良好的Li₃V₂(PO₄)₃正極材料具有重要的社會和經濟效益。

最近，鋰過渡金屬磷酸鹽，如LiFePO₄，LiMnPO₄和Li₃V₂(PO₄)₃等由于他們優異的電化學和熱穩定性，作為鋰離子電池的正極材料引起了研究者們極大的興趣。Li₃V₂(PO₄)₃三維結構由輕微扭曲的VO₆八面體和PO₄四面體，以及位于大空隙位置的Li組成。由于PO₄單元創造了大的空隙，允許離子三維的快速擴散，該結構具有很好的離子導通能力。在3.0到4.8V(參比于Li/Li⁺)電壓范圍內充電，3個可逆的鋰離子可以完全的脫出，理論容量可以達到197mAh?g^-1，該值在鋰過渡金屬磷酸鹽中是最高的。但是Li₃V₂(PO₄)₃材料本身的導電能力較差，嚴重的影響了它的倍率性能。金屬摻雜，炭包覆等被用來提高材料的綜合性能。這些方法合成的材料都顯示了更高的比容量和更好的循環穩定性。但是，這些材料的性能離實際應用還有一定的距離。根據Fick’s定律，擴散時間與擴散路程的平方成正比。減少顆粒的尺寸來縮短鋰離子擴散和電子傳輸的距離可以提高材料的倍率性能。因此，采用一種更簡便，而且可以大規模生產的方法合成納米尺寸的Li₃V₂(PO₄)₃顆粒與炭的復合材料具有重要研究價值和應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子電池正極Li₃V₂(PO₄)₃/C復合材料及其制備方法。

一種鋰離子電池正極Li₃V₂(PO₄)₃/C復合材料的制備方法：按照化學計量比，采用草酸釩，鋰源，磷源為原料，在水溶液中充分攪拌；然后加入占復合材料重量5％-40％的Ketjen?Black多孔炭材料，加熱(溫度不超過900℃)，充分攪拌得到粘稠混合物；該混合物經干燥，研磨之后(研磨直到看不到明顯的塊狀顆粒)，焙燒，冷卻后取出，再研磨得到鋰離子電池正極Li₃V₂(PO₄)₃/C復合材料，所述的復合材料中Li₃V₂(PO₄)₃顆粒不大于300納米。

所述的鋰源包括氫氧化鋰，醋酸鋰，碳酸鋰，氟化鋰，硝酸鋰、碘化鋰、溴化鋰、四氟硼酸鋰、草酸鋰中的一種或幾種的混合。

所述的磷源包括磷酸銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、五氧化二磷中的一種或幾種的混合。

所述的混合物在保護性氣氛中焙燒，保護性氣氛是氮氣或氬氣，或是氫氣和氬氣的混合氣體。

所述的研磨均是在攪拌式球磨機、循環式攪拌球磨機、砂磨機、行星式球磨機、高能機械球磨機或研缽上進行。

上述方法中采用草酸釩，鋰源，磷源為原料，其中，Li/V/P的摩爾比為3∶2∶3。