[發(fā)明專利]多孔鋰離子電池正極復(fù)合材料磷酸釩鋰/碳的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510422944.2
• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN104993136B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翟靜;趙敏壽;吳彥波
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/587;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙)13116
• 代理人: 李合印

技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種有序多孔鋰離子電池正極復(fù)合材料磷酸釩鋰/碳的制備方法，屬新能源先進(jìn)電池領(lǐng)域。

背景技術(shù) 近年來，作為鋰離子電池正極材料的磷酸釩鋰因具有較好的鋰離子遷移率、較高的可逆容量及可操作電壓、較好的安全性等優(yōu)點而引起了廣泛的關(guān)注，但磷酸釩鋰本身所固有的較低的電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，使其倍率性能較差，大大限制了其實際應(yīng)用。有序多孔的電極材料的制備為解決這一問題提供了有效的方法。這是因為多孔電極材料具有以下優(yōu)點：可使電解液與電極材料表面有較好的接觸；有利于電極與電解液界面之間的電荷轉(zhuǎn)移；減小離子擴(kuò)散通道的距離；抑制循環(huán)過程中因體積膨脹引起的材料本身結(jié)構(gòu)的破壞；多孔復(fù)合材料中含有的導(dǎo)電中間相可提高其導(dǎo)電性和高倍率性能等。目前，多孔電極材料的制備方法有以下幾種：水熱法，溶劑熱法，模板法，自組裝法。在所有的制備方法中，模板法以簡單、預(yù)見性好等諸多優(yōu)點而被重點研究和發(fā)展。膠體晶體模板法是一種制備有序多孔材料常用的模板法。這種方法是單分散球形聚合物以周期性組裝后，形成膠體晶體，然后以膠體晶體為模板，電極材料前驅(qū)體填充在膠體晶體的間隙處，最后通過一定的方式除去膠體晶體從而形成所需的電極材料。目前采用膠體晶體模板法制備有序多孔電極材料的模板劑種類較少，僅限于聚甲基丙烯酸甲酯微球和聚苯乙烯微球等，由于這些模板劑的水溶性差，故為了使親水性前驅(qū)體溶液較好的滲入模板間隙需要進(jìn)行親水處理。且采用膠體晶體模板法制備鋰離子電池正極材料鋰源僅限于硝酸鹽。

發(fā)明內(nèi)容 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種有序多孔鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰/碳的制備方法。本發(fā)明主要是以聚丙烯酰胺微球為模板，以乙酸鋰為鋰源、以乙醇和水混合物作為前驅(qū)體溶液的溶劑，采用膠體晶體模板法制備有序多孔鋰離子電池正極復(fù)合材料磷酸釩鋰/碳。

本發(fā)明的制備方法如下：

(1)將丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、偶氮二異丁腈依次溶于濃度為50～80％的乙醇水溶液中，上述三種成分占混合溶液總量的質(zhì)量百分比為：丙烯酰胺10～20％、聚乙烯吡咯烷酮2～4％、偶氮二異丁腈0.02～0.06％，攪拌使其完全溶解后形成無色透明溶液，將此混合溶液移入旋轉(zhuǎn)反應(yīng)蒸發(fā)器中，經(jīng)氮氣置換后，在水浴控溫60～75℃、轉(zhuǎn)速50～80r/min的條件下反應(yīng)5～8h得到白色乳狀液，將白色乳狀液在室溫下沉降，移出上層澄清液，再在室溫下?lián)]發(fā)掉乙醇水溶劑至干，即得單分散聚丙烯酰胺微球膠體晶體模板。

(2)按每100mL去離子水加入3～8g NH₄VO₃，將NH₄VO₃溶于去離子水中，水浴控溫35℃，按摩爾比NH₄VO₃:C₂H₂O₄·2H₂O:CH₃COOLi·2H₂O:NH₄H₂PO₄:檸檬酸溶液＝2：6：3：3：2依次向上述NH₄VO₃溶液中加入C₂H₂O₄·2H₂O、CH₃COOLi·2H₂O、NH₄H₂PO₄、檸檬酸溶液，磁力攪拌30分鐘后將水浴溫度調(diào)至80℃，繼續(xù)攪拌、加熱，蒸發(fā)多余的水份直至形成藍(lán)色凝膠，將該凝膠80℃真空干燥10～14h后研磨，得到藍(lán)色粉末狀Li₃V₂(PO₄)₃/C的前驅(qū)體。

(3)按每100ml濃度為40～70％乙醇水溶液加入6～10g上述步驟(2)制得的藍(lán)色Li₃V₂(PO₄)₃/C前驅(qū)體粉末的比例，將上述步驟(2)制得的藍(lán)色Li₃V₂(PO₄)₃/C前驅(qū)體粉末加入盛有乙醇水溶液的容器中，密封后在水浴溫度為35℃，磁力攪拌下使其溶解，形成藍(lán)色前驅(qū)體溶液。

(4)按每克模板滴加7～13ml前驅(qū)體溶液的比例取步驟(1)制得的單分散聚丙烯酰胺微球膠體晶體模板放置在布氏漏斗中的濾膜上，將步驟(3)制得的前驅(qū)體溶液均勻的滴在模板上并真空抽濾，直至模板被前驅(qū)體溶液充分浸潤。