[發明專利]三維導電增強磷酸釩鋰納米球及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201310074718.0
• 申請日: 2013-03-08
• 公開（公告）號: CN103165889A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 麥立強;董軼凡;李碩
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;C01B25/45;B82Y30/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明屬于納米材料與電化學技術領域，具體涉及一種三維導電通道增強磷酸釩鋰納米球及其制備方法，該電極可作為鋰離子電池正極材料。

背景技術

隨著能源需求的不斷增長，探索具備優良性能的新型清潔能源材料已成為當今的一個挑戰。由于鋰離子電池快速充放電性能，高容量以及長壽命的特點引起了人們廣泛的研究。在可用作鋰離子電池的電極材料當中，具有鈉離子超導結構的磷酸釩鋰成為了研究的熱點。磷酸釩鋰具有高能量和功率密度，良好的熱穩定性，低毒性和價格低廉的特點，這些特點使它成為新一代動力汽車等高功率產品的寵兒。

然而，在對磷酸釩鋰正極材料的研究中也存在著一些問題：首先，磷酸釩鋰低的電子傳導率抑制了其在高倍率下的電化學性能；其次，磷酸釩鋰在脫嵌Li⁺過程中對其結構變化的影響以及進行循環充放電時活性物質和電解液之間發生的副反應對其電化學性能受到了一定的影響；最后，繁瑣的制備步驟和難以控制的形貌也是阻礙磷酸釩鋰研究和大規模生產的因素。

為了改善磷酸釩鋰的性能，近來的研究重點集中在如何改善上述三種問題。其中，包覆是一種既便捷又經濟常見的手段。通過包覆可以有效的改善表面的化學能或阻礙電解液與活性物質在充放電過程中的副反應的發生。在多種包覆中，由于碳層具有良好的電子傳導率、電化學穩定性、獨特的物理性質、低廉的價格和易操作這些特殊的性質，使碳包覆得到了廣泛的研究應用。此外，包覆均勻的碳層可以增強磷酸釩鋰的穩定性因為可以防止V³⁺氧化成為V⁵⁺，可以大幅度的提高磷酸釩鋰的電化學性能和穩定性。同時，通過連續的導電碳網，可以改善磷酸釩鋰低的電子傳導率并且提高其倍率性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單、符合綠色化學的要求、具有優良電化學性能的三維連續導電磷酸釩鋰納米球及其制備方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：三維導電增強磷酸釩鋰納米球，其為附著在碳網上面具有均一尺寸的磷酸釩鋰納米球，所述的磷酸釩鋰納米球上包覆有碳層，碳層與碳層之間鏈接，所述的包覆有碳層的磷酸釩鋰納米球的直徑為60-70納米，采用下述方法制得，包括有以下步驟：

1）將釩源與去離子水配成溶液，然后將磷酸加入上述溶液中，混合10-60分鐘，再加入鋰源，混合均勻，其中釩源中的V：磷酸中的P：鋰源中的Li=2：3：3；

2）將乙炔黑和聚乙二醇加入到步驟1）的混合溶液中，并攪拌20-50分鐘，得到混合溶液；

3）將步驟2）得到的混合溶液置于水浴鍋中，70℃水浴5-10小時，得到澄清黃色前驅體溶液；

4）將步驟3）得到的前驅體溶液放入80℃烘箱中20-30小時，使前驅體溶液完全烘干；

5）將烘干后得到的前驅體研磨均勻后放入真空管式爐中，在氬氣氛圍中先以300～400℃煅燒3-6小時；

6）將煅燒后的產物取出，研磨30分鐘后，重新在氬氣保護氛圍下在600-900℃下燒結6-10小時，得到三維導電增強磷酸釩鋰納米球。

按上述方案，所述的三維導電增強磷酸釩鋰納米球具有三維連續導電通道。

按上述方案，步驟6）所述的燒結溫度為750℃～850℃。

按上述方案，所述的釩源為偏釩酸銨或五氧化二釩。

按上述方案，乙炔黑與鋰源的摩爾比為1：1，聚乙二醇占釩源、鋰源和乙炔黑總質量10%～50%。

所述的三維導電增強磷酸釩鋰納米球的制備方法，其特征在于它包括有以下步驟：

1）將釩源與去離子水配成溶液，然后將磷酸加入上述溶液中，混合10-60分鐘，再加入鋰源，混合均勻，其中釩源中的V：磷酸中的P：鋰源中的Li=2：3：3；

2）將乙炔黑和聚乙二醇加入到步驟1）的混合溶液中，并攪拌20-50分鐘，得到混合溶液；

3）將步驟2）得到的混合溶液置于水浴鍋中，70℃水浴5-10小時，得到澄清黃色前驅體溶液；

4）將步驟3）得到的前驅體溶液放入80℃烘箱中20-30小時，使前驅體溶液完全烘干；

5）將烘干后得到的前驅體研磨均勻后放入真空管式爐中，在氬氣氛圍中先以300～400℃煅燒3-6小時；

6）將煅燒后的產物取出，研磨30分鐘后，重新在氬氣保護氛圍下在600-900℃下燒結6-10小時，得到三維導電增強磷酸釩鋰納米球。

按上述方案，步驟6）所述的燒結溫度為750℃～850℃。

按上述方案，所述的釩源為偏釩酸銨或五氧化二釩。