[發(fā)明專利]一種具有優(yōu)良電化學(xué)性能的非化學(xué)計量比磷酸鹽正極材料的制備方法及應(yīng)用有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201410398894.4 | 申請日： | 2014-08-13 |
| 公開（公告）號： | CN104201346B | 公開（公告）日： | 2017-07-18 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 范奇;徐慶宇;孫萍萍;孫岳明;雷立旭;齊齊 | 申請（專利權(quán)）人： | 東南大學(xué) |
| 主分類號： | H01M4/1397 | 分類號： | H01M4/1397 |
| 代理公司： | 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204 | 代理人： | 沈振濤 |
| 地址： | 211100 *** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 具有 優(yōu)良 電化學(xué) 性能 化學(xué) 計量 磷酸鹽 正極 材料 制備 方法 應(yīng)用 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種具有優(yōu)良電化學(xué)性能的非化學(xué)計量比磷酸鹽正極材料的制備方法，還涉及該方法制得的非化學(xué)計量比磷酸鹽正極材料的應(yīng)用。
背景技術(shù)
能源問題和環(huán)境問題已成為當(dāng)代社會迫切要解決的兩大問題。采用清潔電能的新能源汽車代替原有的高污染的燃油動力汽車已勢在必行。目前，新能源汽車的主要發(fā)展瓶頸是安全可靠的動力型電池的開發(fā)。鋰離子電池具有傳統(tǒng)的動力電池所不具備的高能量密度、環(huán)境相容性好、無記憶效應(yīng)、工作性能穩(wěn)定、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，已成為新一代動力電源的發(fā)展方向。
電極材料是決定鋰離子電池綜合性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。目前，已廣泛應(yīng)用的鋰離子正極材料有LiCoO2，LiNiO2，三元材料，富鋰材料，LiMn2O4及LiFePO4，LiMnPO4等。在這些材料中，磷酸鹽正極材料由于其穩(wěn)定的電化學(xué)性能和超長的循環(huán)壽命而備受關(guān)注。
在眾多正在研究的鋰離子二次電池磷酸鹽正極材料中，磷酸釩鋰(其化學(xué)式為Li3V2(PO4)3擁有獨(dú)特的網(wǎng)狀架構(gòu)和快速脫嵌鋰離子的性能，其最高理論比容量、放電電壓平臺、本征電導(dǎo)率和比能量均高于LiFePO4，因而具有巨大的發(fā)展前景。但Li3V2(PO4)3的電子電導(dǎo)率偏低，導(dǎo)致其應(yīng)用在純電動汽車(EV)上時倍率性能不佳。為此常用取代、摻雜和碳包覆等來改進(jìn)其性能。其中，以碳包覆為代表的添加導(dǎo)電劑的方法能有效提升Li3V2(PO4)3的導(dǎo)電性，但是導(dǎo)電劑的加入往往會導(dǎo)致材料振實(shí)密度的降低，不利于實(shí)際應(yīng)用；摻雜則多是通過引入雜質(zhì)離子(如Al3+、Fe3+、Cr3+、Y3+、Na+、Zn2+、Ti4+和Ge4+)來改善材料的電化學(xué)性能，在這一過程中，如何有效控制雜質(zhì)離子的量，不發(fā)生偏析并保證獲得的產(chǎn)物為固溶體就顯得非常關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的：為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的第一目的在于提供一種具有優(yōu)良電化學(xué)性能的非化學(xué)計量比磷酸鹽正極材料Li3-3xV2+x(PO4)3的制備方法。
本發(fā)明的第二目的是提供上述電極材料在制備鋰離子二次電池中中的應(yīng)用。
技術(shù)方案：本發(fā)明提供的一種具有優(yōu)良電化學(xué)性能的非化學(xué)計量比磷酸鹽正極材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)制備非化學(xué)計量比Li3-3xV2+x(PO4)3：將鋰源、釩源、磷源和碳源按照摩爾比為(3-3x:2+x:3:0.5-2.0)(分別以鋰元素、釩元素、磷元素和碳源計)充分混合，其中x為0-0.15，優(yōu)選x＝0.05-0.10；混合物加入去離子水，加熱攪拌混合均勻，控制pH值在5-10，水分蒸干形成藍(lán)色凝膠，真空干燥；
(2)步驟(1)產(chǎn)物研磨后，置于馬弗爐中預(yù)處理；
(3)步驟(2)產(chǎn)物研磨后，置于充滿惰性氣體的管式爐中高溫煅燒，即得非化學(xué)計量比磷酸鹽正極材料。
步驟(1)中，所述鋰源選自碳酸鋰、氫氧化鋰、醋酸鋰或硝酸鋰中的一種或幾種。
步驟(1)中，所述釩源選自五氧化二釩、二氧化釩、偏釩酸銨中的一種或幾種。
步驟(1)中，所述磷源選自磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸銨、磷酸中的一種或幾種。
步驟(1)中，所述碳源選自檸檬酸、葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇中的一種或幾種。
步驟(1)中，加熱攪拌溫度為70-90℃。
步驟(2)中，預(yù)處理溫度為300-400℃，時間為3-10h。
步驟(3)中，高溫煅燒溫度為650-850℃，時間為6-14h。
步驟(3)中，所述惰性氣體為氬氣、氮?dú)饣蛞谎趸肌?/p>
本發(fā)明還提供了上述方法制得的非化學(xué)計量比磷酸鹽正極材料在制備鋰離子二次電池中的應(yīng)用。
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