[發明專利]氟磷酸釩鋰鋰離子電池正極材料及其合成方法

有效

• 申請號: 202011073857.8
• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112186163B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 徐友龍;薛旭
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明提供一種氟磷酸釩鋰鋰離子電池正極材料及其合成方法，合成方法包括以下步驟：將LiOH、NH₄VO₃、NH₄H₂PO₄、NH₄F、H₂C₂O₄混合均勻形成混合物，再向混合物中加入蔗糖，再加入超純水后攪拌均勻，得到混合溶液；將混合溶液轉移至微波加熱裝置中，在微波輻射功率300～1000W，溫度120～250℃條件下充分反應，將產物取出，離心分離并用洗滌、干燥，得到碳包覆的LiVPO₄F鋰離子電池正極材料。該方法合成的LiVPO₄F材料具有優異的循環穩定性，在1C的充放電倍率下，經過400周循環后放電容量由122mAh/g降至112mAh/g，容量保持率高達91.8％，平均庫倫效率高達99.8％。

技術領域

本發明涉及電池正極材料技術領域，特別涉及一種氟磷酸釩鋰鋰離子電池正極材料及其合成方法。

背景技術

鋰電池被廣泛應用于儲能電源系統、郵電通訊、動力電池、軍事裝備、航空航天等多個領域。特別是磷酸鐵鋰(LiFePO₄)材料電池的出現，更推動了鋰電池產業的發展和應用。LiFePO₄正極材料具有優異的循環穩定性和倍率性能，但其放電電位只有3.4V，較低的放電電位使得電池組中所需串聯的單體電池數目較多，因此電池組的內阻和自身的能耗較大。氟磷酸釩鋰(LiVPO₄F)作為另一種聚陰離子型正極材料，具有較好的結構穩定性，放電電壓平臺平緩且高達4.25V，比LiFePO₄正極材料高約24％。LiVPO₄F較高的放電電位可以大幅度減少電池組中所需串聯的單體電池數，從而可以降低電池組的內阻和能耗。另外，LiVPO₄F具有660Wh/Kg的理論能量密度，比LiFePO₄的理論能量密度高約14％，并且LiVPO₄F具有較高的熱解溫度(450℃左右)，其作為鋰離子電池正極材料在安全性方面具有很大的優勢。與目前鋰離子電池主要使用的正極材料LiFePO₄相比，LiVPO₄F正極材料可以滿足鋰離子電池對于高安全性的需求，同時具有較高的能量密度，是一種極具發展潛力的鋰離子電池正極材料。

目前，LiVPO₄F正極材料的制備方法大多采用兩步固相反應法，工藝周期較長，成本較高，開發一步化學反應法合成高質量的LiVPO₄F對其產業化應用具有重要意義。

發明內容

為解決現有技術中LiVPO₄F正極材料制備工藝復雜、成本高的問題，本發明第一個目的是提供一種一步微波水熱法制備氟磷酸釩鋰鋰離子電池正極材料的方法，即微波水熱法制備氟磷酸釩鋰鋰離子電池正極材料的方法，該發明具有工藝路線簡單、生成周期短等優點，而且可以有效的完善碳包覆層，大幅度提高了氟磷酸釩鋰正極材料的電化學性能，適合于實際應用和規模化生產。

本發明第二個目的是提供一種通過上述方法合成的氟磷酸釩鋰鋰離子電池正極材料。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

氟磷酸釩鋰鋰離子電池正極材料的合成方法，包括以下步驟：

將LiOH、NH₄VO₃、NH₄H₂PO₄、NH₄F、H₂C₂O₄混合均勻形成混合物，再向混合物中加入蔗糖，再加入超純水后攪拌均勻，得到混合溶液；