[發(fā)明專利]一種復(fù)合鋰離子電池正極材料Li3V2(PO4)3/C及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710557875.5
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107482181B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪世兵;唐俊;康桃;楊學(xué)林
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 42103 宜昌市三峽專利事務(wù)所
• 代理人: 蔣悅<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入國

本發(fā)明提供一種中間液相引碳的方法來制備碳復(fù)合磷酸釩鋰正極材料，具體步驟是稱取鋰源、釩源于小燒杯中，添加去離子水，攪拌20min至其完全溶解，將其轉(zhuǎn)移至水熱內(nèi)膽中，添加去離子水至內(nèi)膽體積的80%，在120~160℃的鼓風(fēng)烘箱中水熱24~36h。稱取磷源及有機(jī)碳源于燒杯中，加入去離子水，攪拌20min至其完全溶解，之后將自然冷卻后的中間相液體緩慢滴加到溶有磷源和有機(jī)碳源的燒杯中，攪拌20min至溶液變成橙黃色。之后將液相的前驅(qū)體在65℃的鼓風(fēng)烘箱中烘24~36h至其完全干燥。將所得的抹綠色前驅(qū)體粉末在氮?dú)鈿夥障?50℃預(yù)燒4~6h，在700~800℃下煅燒6~10h，自然冷卻后得到Li₃V₂(PO₄)₃/C復(fù)合材料，以其作為鋰離子電池正極材料顯示出較好的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一類高性能的鋰離子電池正極材料，特別涉及一種Li₃V₂(PO₄)₃/C復(fù)合材料的制備方法，屬于電化學(xué)電源領(lǐng)域。

技術(shù)背景

鋰離子電池憑著其所具有的高比能量、低自放電、長壽命、無記憶效應(yīng)、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、混合動力汽車、純動力汽車以及大型儲能器件中，在目前的儲能市場中占主導(dǎo)地位。隨著鋰離子電池的大量應(yīng)用，市場對鋰離子電池的性能提出了更高的要求。

電極材料作為鋰離子電池的核心和關(guān)鍵技術(shù)，決定了鋰離子電池綜合性能的好壞。而在鋰離子電池的四大部件中，正極材料所占成本最高，為30%~40%。因此，正極材料的開發(fā)對降低電池成本，改善電池的電化學(xué)性能起關(guān)鍵作用。目前，廣泛應(yīng)用的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及三元材料。其中，鈷酸鋰不易制備、安全性差、有毒且價(jià)格昂貴。錳酸鋰安全性較好，但容量較低且存在john-Teller效應(yīng)，循環(huán)穩(wěn)定性差。磷酸鐵鋰安全性高，循環(huán)穩(wěn)定性較好且循環(huán)壽命長，但是其能量密度較低，低溫性能較差且放電平臺較低。三元材料能量密度較高，循環(huán)穩(wěn)定性好，但是首次充、放電的效率不高，熱穩(wěn)定性不好，易發(fā)生相變，因此有待進(jìn)一步研究。

與其他的鋰離子正極材料相比，Li₃V₂(PO₄)₃材料有著較高的充、放電平臺和可逆容量（電壓在3-4.3V時理論容量為133mAh g^-1，電壓在3-4.8V時理論容量為197mAh g^-1）。Li₃V₂(PO₄)₃作為一種聚陰離子型化合物，具有較好的熱穩(wěn)定性，成本較低、循環(huán)壽命長。基于以上研究，Li₃V₂(PO₄)₃成了近年來具有應(yīng)用潛力的鋰離子電池正極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種Li₃V₂(PO₄)₃/C的制備工藝。在中間相液體中引入碳源，利用烘干過程中中間相液體結(jié)晶誘導(dǎo)有機(jī)碳源分子在其表面吸附，在隨后固相反應(yīng)中，Li₃V₂(PO₄)₃形成的同時，有機(jī)碳源分子沿Li₃V₂(PO₄)₃表面原位炭化。一方面，這有利于Li₃V₂(PO₄)₃與C在微觀尺度均勻復(fù)合，顯著提升材料導(dǎo)電性；另一方面，C能夠有效抑制Li₃V₂(PO₄)₃晶粒長大，保證高鋰離子擴(kuò)散效率。最終，所制備的Li₃V₂(PO₄)₃/C作為鋰離子電池正極顯示出優(yōu)異的電化學(xué)性能。