[發(fā)明專利]釩酸鋰復(fù)合電極材料及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710327779.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN107275586A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝玲玲;曹曉雨;朱利敏;葛鵬;楊新麗;張寶忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/485;H01M4/58;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州德勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司41128
• 代理人: 宋建勛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電極材料，具體地，涉及一種釩酸鋰復(fù)合電極材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)已被廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備及電動(dòng)工具中，正極材料的家族成員包含眾多，包括鈷酸鋰，鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰，釩酸鋰等。鋰金屬資源是地球上最輕的金屬資源，是二次電池的最為重要的材料。

釩酸鋰材料具有原材料來源豐富，制備方法簡單，嵌鋰空位較多等特點(diǎn)，在電動(dòng)設(shè)施方面有著重要的作用，但是釩酸鋰電極材料的循環(huán)性能較差，極大的限制了釩酸鋰電極材料的工業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服釩酸鋰作為電極材料的不足，提供一種釩酸鋰復(fù)合電極材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種釩酸鋰復(fù)合電極材料的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種釩酸鋰復(fù)合電極材料在電池中的應(yīng)用。

具體地，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種釩酸鋰復(fù)合電極材料，它包括釩酸鋰和不溶性磷酸鹽，所述不溶性磷酸鹽包覆在所述釩酸鋰的表面。

基于上述，所述不溶性磷酸鹽為磷酸鎂、磷酸銅、磷酸鎳、磷酸鈷、磷酸錳或磷酸鋁。

基于上述，所述釩酸鋰復(fù)合電極材料中不溶性磷酸鹽的重量百分?jǐn)?shù)為0.5％～2.0％。

基于上述，所述釩酸鋰復(fù)合電極材料是厚度為1～2μm的片狀結(jié)構(gòu)，所述釩酸鋰復(fù)合電極材料中不溶性磷酸鹽包覆層的厚度為20～30nm；

一種所述釩酸鋰復(fù)合電極材料的制備方法，其包括以下步驟：

將釩酸鋰粉末加入所述不溶性磷酸鹽的懸浮液中，超聲20～40min，然后攪拌40～80min，得到混合液；

對(duì)所述混合液進(jìn)行抽濾、洗滌、干燥處理，得到釩酸鋰復(fù)合電極材料半成品；

將所述釩酸鋰復(fù)合電極材料半成品在300～400℃鍛燒5～7h，冷卻，制得所述釩酸鋰復(fù)合電極材料成品。

基于上述，所述不溶性磷酸鹽的懸浮液的制備步驟包括：按照一定比例，取可溶性金屬鹽和可溶性磷酸鹽，將所述可溶性鎂鹽和所述可溶性磷酸鹽分別溶于去離子水中，制得金屬鹽溶液和磷酸鹽溶液；將所述磷酸鹽溶液緩慢滴入所述金屬鹽溶液中，超聲20～40min，制得所述不溶性磷酸鹽的懸浮液。

基于上述，所述釩酸鋰粉末的制備步驟包括：按照摩爾比為1：3：1，取一水合氫氧化鋰、釩酸銨和檸檬酸進(jìn)行研磨，混合均勻，在攪拌條件下，逐滴加入去離子水，得到固液流變體；然后在70～80℃條件下，恒溫、恒濕反應(yīng)6～8h；然后取出干燥、研磨，在300～400℃灼燒8～12h，得到所述釩酸鋰粉末。

基于上述，所述釩酸鋰復(fù)合電極材料成品的制備步驟包括：以5～8℃min^-1升溫速率，將所述釩酸鋰復(fù)合電極材料半成品加熱至300～400℃鍛燒5～7h，自然冷卻，制得所述釩酸鋰復(fù)合電極材料成品。

一種鋰電池正極，所述鋰電池正極的活性材料包括上述釩酸鋰復(fù)合電極材料。

其中，不溶性磷酸鹽是指在常溫下不溶于水的磷酸鹽，可溶性金屬鹽是指在常溫下可溶水的金屬鹽，可溶性磷酸鹽是指在常溫下可溶于水的磷酸鹽；所述釩酸鋰粉末(LiV₃O₈)可簡寫為LVO；所述磷酸鎂(Mg₃(PO₄)₂)可簡寫為MP；所述磷酸鎳(Ni₃(PO₄)₂)可簡寫為NP；所述磷酸鎂包覆所述釩酸鋰粉末制得的釩酸鋰復(fù)合電極材料可簡寫為x wt.％MP-LVO，所述磷酸鎳包覆所述釩酸鋰粉末制得的釩酸鋰復(fù)合電極材料可簡寫為x wt.％NP-LVO，x wt.％是指所述釩酸鋰復(fù)合電極材料中磷酸鹽的重量百分?jǐn)?shù)為x％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，具體來說，本發(fā)明提供的釩酸鋰復(fù)合電極材料包括釩酸鋰和不溶性磷酸鹽，所述不溶性磷酸鹽包覆在所述釩酸鋰的表面，形成核殼結(jié)構(gòu)；核殼結(jié)構(gòu)可以避免了電解液與釩酸鋰的直接接觸，防止釩酸鋰在電解液中溶解，以保證釩酸鋰在充放電過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有效提高含有所述釩酸鋰復(fù)合電極材料的鋰電池的充放電性能和循環(huán)性能；本發(fā)明提供的釩酸鋰復(fù)合電極材料的首次放電比容量可以達(dá)到323.93mAh g^-1，并且經(jīng)過了50個(gè)周次的循環(huán)以后，材料的放電比容量依然可以達(dá)到250.93mAh g^-1。同時(shí)，本發(fā)明還提供所述釩酸鋰復(fù)合電極材料的制備方法，該方法條件溫和，操作簡單，可以大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明