[發明專利]三維多孔分級碳修飾磷酸釩鋰納米材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410110084.4
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103887495A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 麥立強;羅艷珠;許絮
• 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;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，具體涉及三維多孔分級碳修飾Li₃V₂(PO₄)₃納米材料的制備方法，該材料可作為鋰離子電池正極活性材料。

背景技術

如今，為了進一步促進電動汽車領域的快速發展，研究基于新型納米結構的高容量、高功率、高穩定性、溫度適應性好及低成本鋰離子電池是當前低碳經濟時代鋰離子電池研究的前沿和熱點之一。Li₃V₂(PO4)₃具有結構穩定性好、電位高、熱穩定好以及容量高，被認為是最具潛力的鋰離子電池正極材料之一。由于單斜相的Li₃V₂(PO4)₃為鈉快離子導體結構（NASICON），它可以提供供鋰離子嵌入/脫出的三維通道，因而具有高的鋰離子擴散系數(10^-9～10^-10cm²s^-1)。但是，Li₃V₂(PO₄)₃的電子電導率較低，最終限制它作為高功率電極材料的應用。

近年來，研究者們探索了很多方法來試圖解決Li₃V₂(PO₄)₃電子電導率低的缺點，包括碳包覆、納米化及摻雜等方式。在眾多策略中，碳包覆是一種比較經濟和便利的方法。然而，對Li₃V₂(PO₄)₃進行簡單的碳包覆并不能大幅提高電極材料的電子電導率。三維雙連續通道碳骨架可以提供電子和離子的雙重傳輸通道，降低離子的傳輸路徑，并提高電解液與電極材料的接觸面積。但是，以三維多孔分級碳修飾的Li₃V₂(PO₄)₃電極材料還未見報道。因此，三維多孔分級碳修飾Li₃V₂(PO₄)₃電極材料具有比表面積大、電荷傳質電阻低和電子電導率改善明顯的優勢。此外，Li₃V₂(PO₄)₃顆粒之間的碳網可以限制Li₃V₂(PO₄)₃在高溫煅燒過程中的顆粒長大和團聚，同時還起到緩沖層的作用，有效防止電極材料在鋰離子嵌入/脫出時因體積變化而導致的結構破壞，有效改善電極材料的循環穩定性。同時，三維雙連續碳骨架可以顯著提高鋰離子在電極中的擴散速度，降低其擴散路徑，從而降低鋰離子電池在低溫條件下的極化，最終實現Li₃V₂(PO₄)₃電極材料在高功率、長壽命和高低溫電極材料領域的應用，從而得到優異的低溫使其成為鋰離子電池的潛在應用材料。

另外，制備三維多孔分級碳修飾Li₃V₂(PO₄)₃納米材料所采用的溶液法簡單易行，不需要添加其他有機物，只需要改變反應物的濃度即可控制材料的形貌和尺寸大小，且制得的材料產量高、純度高、分散性好。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術而提供一種三維多孔分級碳修飾Li₃V₂(PO₄)₃/C及其制備方法，其工藝簡單、符合綠色化學的要求且便于放大化，在此基礎上，三維多孔分級碳修飾Li₃V₂(PO₄)₃還具有優良的電化學性能。