[發明專利]一種紡錘形碳包覆釩基正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810995788.2
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109461897B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 沈偉;申蘭耀;王勝彬;于永利;趙彬濤;盧曦;周恒輝
• 申請（專利權）人: 北京泰豐先行新能源科技有限公司;北大先行科技產業有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 余長江

本發明提供一種紡錘形碳包覆釩基正極材料的制備方法，步驟包括：將鋰源、釩源和磷源按照Li:V:P的摩爾比(2.9～3.1):2:3，或者將鈉源、釩源和磷源按照Na:V:P的摩爾比(2.9～3.1):2:3，加入到去離子水中，得到第一混合物；向第一混合物中加入形貌導向劑，得到第二混合物；將第二混合物在120～250℃下反應5～30h，冷卻后用去離子水和無水乙醇洗滌沉淀，烘干后研磨，得到前驅體粉末；將前驅體粉末在惰性氣氛下于200～500℃恒溫加熱3～6h，冷卻后研磨，得到預燒結粉末；將預燒結粉末在惰性氣氛下于600～1000℃恒溫煅燒5～25h，冷卻后研磨、過篩，獲得紡錘形碳包覆釩基正極材料。

技術領域

本發明涉及鋰、鈉離子電池電極材料技術領域，具體涉及一種紡錘體形貌的碳包覆釩基正極材料及其制備方法。

背景技術

為了應對能源危機，實現人們對新型可再生能源的有效利用，鋰離子電池、鈉離子電池、燃料電池等成為當前社會的研究熱點。自1990年商品化以來，鋰離子電池因其高能量密度、輕質量等特點在下一代新能源電動車、手機、相機中具有很大的優勢。

鋰離子電池正極材料磷酸釩鋰(Li₃V₂(PO₄)₃)在充放電電壓窗口3-4.8V時，理論比容量可達到197mAh·g^-1，在聚陰離子型鋰電正極材料中具有最高的放電比容量。此外，該電極材料充放電電壓較高、制備簡單、成本低廉，同時材料結構穩定，具有很高的安全性。與磷酸釩鋰性質類似的鈉離子電池正極磷酸釩鈉(Na₃V₂(PO₄)₃)同樣具有上述特點。

目前磷酸釩鋰/碳復合材料或磷酸釩鈉/碳復合材料的合成方法有多種，其常用的方法有：高溫固相法、溶膠凝膠法、微波法、水熱法。但是高溫固相法得到的材料顆粒較大、尺寸不均勻，碳包覆均勻程度差，并且易產生雜質；微波法雖然能耗低，但加熱時間和溫度不易控制，影響產品性能；溶膠凝膠法制備的磷酸釩鋰顆粒形貌不規則，大小不一，影響產品的充電容量和循環性能。現有的水熱法濃度不好控制，影響產品形貌及性能受影響；因此，從研究來看，顆粒形貌對磷酸釩鋰、磷酸釩鈉材料性能具有巨大影響。顆粒均勻、碳包覆均勻的磷酸釩鋰材料具有后續加工性能好，有利于提高電化學性能。

申請號為201210362581.4的中國發明專利提供了一種自組裝紡錘形納米結構磷酸鐵鋰的合成方法。該方法通過回流法在LiOH溶液中實現糖的預碳化，并以此產物作為Li源和結構導向劑，實現磷酸鐵鋰的合成及自組裝控制。該方法采用的回流裝置設計成本高，實驗條件控制困難，不適合擴大生產。申請號為201110272498.3的中國發明專利提供了一種紡錘形磷酸鐵鋰納米束及其制備方法，該專利采用控制水熱溫度和時間來制備具有紡錘體結構的磷酸鐵鋰，合成過程中未加入碳源，材料的導電性較低，電化學性能提升有限。申請號為201510364849.1的中國發明專利提供了一種高溫固相碳熱還原的方法來制備磷酸釩鈉，該方法雖然流程短、易控制，但加入的碳源僅有還原和碳包覆作用，不具備形貌導向劑的作用，因此制備的材料無特殊形貌，顆粒尺寸大小不一，且固相法中碳包覆層的均勻程度較差，因此對材料電性能的提升有限。申請號為201611062738.6的中國發明專利提供了一種高溫熔融輔助的水熱法來制備磷酸釩鋰正極材料，該方法雖然實現了原料的充分混合，提高了最終產物的純度和結晶度，但水熱過程中加入的碳源不具有形貌導向劑功能，導致制備的材料僅存在碳包覆而無特殊形貌，而且制備的材料為納米尺寸，后續加工過程中極易引起材料的團聚，影響加工性能和電性能。

發明內容

本發明為克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種紡錘形碳包覆釩基正極材料的制備方法，碳包覆均勻，導電性好，形貌和尺寸可控，大倍率下循環性能優異，煅燒溫度低，工藝流程簡單。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種紡錘形碳包覆釩基正極材料的制備方法，如圖1所示，步驟包括：