[發(fā)明專利]一種利用生物碳源制備碳包覆磷酸釩鋰的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510918158.1
• 申請(qǐng)日: 2015-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN106887589A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張華民;周偉;張洪章;李先鋒;晏娜;楊曉飛;程意
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): H01M4/583
• 分類號(hào): H01M4/583;H01M4/62;H01M4/58;H01M4/36;C01B25/26;C01B32/05;H01M10/0525
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備碳包覆磷酸釩鋰的一種方法，尤其是采用生物碳源包覆磷酸釩鋰的一種方法。

背景技術(shù)

能源危機(jī)和環(huán)境污染日益威脅著人類的生存和發(fā)展。電動(dòng)汽車具有能源利用效率高，清潔零排放的特點(diǎn)，可以有效的應(yīng)對(duì)全世界范圍內(nèi)的能源與環(huán)境問題，因而引起了世界各國的高度重視。鋰離子電池具有比容量大，放電電壓平臺(tái)高，充放電庫倫效率高，無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，是電動(dòng)車領(lǐng)域比較理想的動(dòng)力電源。

常規(guī)的動(dòng)力鋰離子電池正極材料有尖晶石錳酸鋰，鎳鈷錳三元材料和聚陰離子型正極材料。由于聚陰離子型正極材料結(jié)構(gòu)比錳酸鋰和三元材料穩(wěn)定，具有較高的安全性而備受關(guān)注。已被廣泛研究的聚陰離型正極材料包括磷酸鐵鋰材料和磷酸釩鋰材料。其中磷酸釩鋰材料具有比磷酸鐵鋰更高的充放電平臺(tái)和更高的充放電容量，其充電至4.8V后理論比容量可達(dá)197mAh/g。同時(shí)磷酸釩鋰具有三維框架結(jié)構(gòu)，可以提供快速的三維鋰離子傳遞通道，在較低的溫度下仍能保證鋰離子的快速傳遞。因此磷酸釩鋰材料被認(rèn)為是一種極具應(yīng)用前景的動(dòng)力電池正極材料。

然而磷酸釩鋰的聚陰離子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其電子導(dǎo)電性顯著低于嵌鋰氧化物結(jié)構(gòu)的錳酸鋰和鎳鈷錳三元材料。要開發(fā)高倍率、高循環(huán)穩(wěn)定性的磷酸釩鋰材料則必須提高磷酸釩鋰的電子導(dǎo)電性。碳包覆是一種提高磷酸釩鋰電子導(dǎo)電性的簡(jiǎn)單而易行的方法。常規(guī)碳包覆方法采用的含碳前驅(qū)體為蔗糖或者酚醛樹脂，但這類前驅(qū)體在熱處理之后只含有碳元素，對(duì)提高磷酸釩鋰的性能有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種采用生物碳源制備碳包覆磷酸釩鋰的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種利用生物碳源制備碳包覆磷酸釩鋰的方法，包含如下步驟：

1)將釩源與還原劑于水中混合均勻后，再加入磷源和鋰源，其中釩元素、鋰元素和磷元素的摩爾比為(3-3.45):2:3；

2)將生物碳源加入步驟1)中的混合物中，并混合均勻；

3)將步驟2)中的混合物進(jìn)行干燥，研磨，并于惰性氣體中分次煅燒并研磨。

步驟1)中所使用釩源為五氧化二釩、釩酸銨中的一種或二種以上；

所使用的鋰源為金屬鋰、氫氧化鋰、碳酸鋰、草酸鋰中的一種或二種以上；

所使用的磷源為磷酸、磷酸銨中的一種或二種以上；

所使用的還原劑為既可作為還原劑又可作為配體的有機(jī)酸類化合物，為草酸、檸檬酸、抗壞血酸中的一種或二種以上。

步驟2)中所使用的生物碳源為明膠。

使用的明膠的相對(duì)分子質(zhì)量為10000至300000。

使用的明膠質(zhì)量占釩元素質(zhì)量的4％至40倍。

使用的明膠其中所的含碳元素、氧元素、氮元素和硫元素占總質(zhì)量的95％以上。

所用還原劑的摩爾量為釩元素摩爾量的1至5倍。

步驟3)中使用的惰性氣體為氮?dú)饣蛘邭鍤狻?/p>

步驟3)中使用的分次煅燒方式為：300-600℃煅燒2-6小時(shí)后進(jìn)行研磨，再于650-950℃煅燒3-20小時(shí)后研磨。

本發(fā)明有益效果：

本發(fā)明所制備的碳包覆磷酸釩鋰其表面碳層中含有氮、硫等雜原子。氮、硫雜原子的存在增加了表面碳層的電子導(dǎo)電性和對(duì)鋰離子的親和性，從而可以提高所制備的碳包覆磷酸釩鋰材料在鋰離子電池中的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí)該方法可以一步碳化制得摻雜有氮元素和硫元素的碳包覆磷酸釩鋰材料，不需要復(fù)雜后摻雜步驟。

附圖說明

圖1實(shí)施例1中碳包覆磷酸釩鋰透射電子顯微鏡照片

圖2實(shí)施例2中碳包覆磷酸釩鋰透射電子顯微鏡照片

圖3實(shí)施例3中本方法所制備磷酸釩鋰材料電池性能曲線(4.3V至3V充放電曲線)

圖4實(shí)施例3中本方法所制備磷酸釩鋰材料電池性能曲線(4.8V至3V充放電曲線)

圖5實(shí)施例4中本方法所制備磷酸釩鋰材料電池性能曲線(4.3V至3V充放電曲線)

圖6實(shí)施例4中本方法所制備磷酸釩鋰材料電池性能曲線(4.8V至3V充放電曲線)

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1