[發明專利]鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰的制備方法

無效

• 申請號: 201210318643.1
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN102832390A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 唐致遠;毛文峰;凌國威;徐強
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法，特別是一種鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰的制備方法。

背景技術

現代時代的進步，用電器具不斷的小型化、多功能化，相應的對于電池的要求也在不斷提高。同時，為了減緩人類本身和自然界的沖突，尋求可持續發展之路，保護自然環境和自然資源成為人類進入21世紀后所面臨的嚴峻挑戰。因此，新能源和新材料的開發和利用成為世界各國必須解決的重大課題。而電能作為人類社會不可或缺的重要能源，任何其它資源的利用一般都要借助電能，而電能的儲存、轉化、輸送都要涉及電池技術。

鋰離子電池是在鋰電池的基礎上發展起來的一種新型電池，它具有許多優點：電壓平臺高，比容量高，循環壽命長，自放電低，無記憶效應等，在電動汽車和儲能設備上具有巨大的應用前景。鋰離子電池的性能很大程度上取決于正極材料。

層狀鈷酸鋰正極材料是普遍應用的商業化鋰離子電池正極材料。但是由于鈷價格昂貴并且有毒，循環穩定性較差，在過充和過熱時會分解，可能引起電池爆炸，存在潛在的安全因素，所以一直在尋找可以代替鈷酸鋰的正極材料。聚陰離子正極材料具有良好的熱穩定性，磷酸鐵鋰作為其代表已實現工業化生產。但是磷酸鐵鋰電導率和鋰離子擴散系數較低，因此尋找新的可以替代的材料成為重中之重。

近年來，一種新的聚陰離子正極材料-磷酸釩鋰，不斷得到人們的關注。該材料具有較高的離子擴散系數和理論比容量，優良的循環性能和熱穩定性，成為下一代鋰離子電池正極材料的首選。我國釩資源及其豐富，是釩資源儲量大國，利用我國豐富的釩資源，合成鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰，將具有重大的社會意義和經濟效益。

對比文獻1（劉麗英等，磷酸釩鋰溶膠-凝膠制備及電化學性能研究[J].電化學，2010,16（4）:452-454.）公開了一種液相法制備的磷酸釩鋰正極材料，其0.5C和1C放電比容量分別為143.1mAh?g^-1和130.6mAh?g^-1，參數值不夠高，且工藝復雜。急需一種采用簡單工藝并制得性能優良的制備工藝。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰的制備方法。

過程如下：

步驟一：將含釩化合物、含鋰化合物和磷酸鹽按照摩爾比1:（2.8-3.2）:3稱重；稱取占原料質量分數30%-60%的檸檬酸，配置成質量濃度20%-50%的檸檬酸溶液；

步驟二：將含釩化合物、含鋰化合物和磷酸鹽混合均勻，向上述三種原料中加入總重量15-45%的去離子水，反應0.5-2小時；

步驟三：將檸檬酸溶液加入反應原料中，60℃-100℃加熱至固相，100℃-150℃烘干；以150r/min-500r/min的速度球磨2-10小時，然后放入惰性氣氛爐中以1-10℃/min升溫至300-1000℃，恒溫2-24小時，制得磷酸釩鋰。

所述的含釩化合物為V₂O₅，VO₂，V₂O₃，NH₄，VO₃中的任意一種；優選V₂O₅。

所述的含鋰化合物為氫氧化鋰，氟化鋰，硝酸鋰，碳酸鋰，醋酸鋰，磷酸二氫鋰中的任意一種；優選Li₂CO₃。

所述的磷酸鹽為磷酸二氫銨，磷酸氫二銨，磷酸銨，磷酸二氫鋰中的任意一種；優選磷酸二氫銨。

所述的惰性氣體為氮氣，氬氣中的任意一種。

本發明相對于現有技術的優點在于：

（一）本發明利于自催化反應使原料混合更加均勻，有利于使磷酸釩鋰具有較小的一次顆粒。

（二）本發明合成工藝簡便易行，安全性及穩定性好，適合應用于工業化規模生產。

（三）本發明所采用的原材料來源廣泛，成本低廉。

（四）本發明制備的正極材料晶型較完整，顆粒尺寸較小，晶粒形貌較規則。

（五）本發明制備的負極材料比容量高、放電電壓平穩，循環穩定性好、大電流充放電性能佳。

附圖說明