[发明专利]高性价比锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性价比锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃的制备方法。属于电化学和电子产品应用技术领域。

背景技术

锂离子电池是目前最先进的高比能化学电源，广泛地应用于移动通讯、计算机、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，也可作为电动汽车首选的配套电源。其中，正极材料的制备是锂离子电池发展和制造过程关键的技术之一，因此人们投入了大量的人力和物力来研究具有比容量高、电位高、价格低、无污染的正极材料。研究最多的是LiCoO₂，LiNiO₂，LiMn₂O₄，LiNi_xMnt_yCo_1-x-yO₂和LiFePO₄。商业上应用最成熟的是LiCoO₂，但Co资源有限，价格昂贵，且有毒，因此其应用受到了一定的限制。目前，具有橄榄石结构的聚阴离子化合物Li₃M₂(PO₄)₃倍受关注。其中，具有单斜结构的Li₃V₂(PO₄)₃被认为是最有前途的锂离子电池正极材料，该材料充放电过程中结构稳定，且具有良好的循环稳定性和热稳定性。在4.2V电压(相对于金属锂)之前脱嵌二个锂离子，理论比容量为133mAh/g；在4.8V电压之前脱嵌三个锂离子，理论比容量为197mAh/g，被认为是磷酸盐结构化合物中比容量最高的正极材料，因而成为当前锂离子电池正极材料研究的热点之一。D Morgan等[Chem.Mater.，14(2002)4684-4693.]用H₂还原法，J Barker等[J.Electrochem.Soc.，150(2003)A684-A688.]用碳还原法来合成Li₃V₂(PO₄)₃，但由于他们的合成难于掌握，目前仍处于实验室研究阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃的新方法。该方法从廉价易得的原料开始，在保证合成材料高性能技术指标的同时，降低生产成本，所选择的工艺简单易行，适合规模化生产的技术路线，保证了产品质量的稳定性，可行性和均匀性。

本发明的目的是这样实现的：

一种锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃的制备方法。其特征是采用溶胶-凝胶与碳还原相结合的方法，以氢氧化锂或碳酸锂，偏钒酸铵和磷酸为原料，柠檬酸为络合剂，按Li/V的摩尔比为3.00～3.05∶2，柠檬酸/Li摩尔比为2～4∶3～3.05范围，准确称量各原料，溶于水中制成溶胶，以氨水调节pH为9，在80℃水浴上恒温，蒸发溶剂，得凝胶，干燥，将干燥后凝胶在300～400 ℃温度于空气中预分解有机物；再将混合物置于高温气氛烧结炉中，在含H₂的Ar或N₂的混合气氛中，700～900℃焙烧8～16小时，冷却后取出，球磨，即得锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃/C。

其中，所说的含H₂的Ar或N₂的混合气氛为含H₂4～8％的Ar或N₂。

经测试，制得的锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃/C的含碳质量为6～15％，且碳的分布均匀，有效地提高了Li₃V₂(PO₄)₃材料的导电性；电化学性能良好，放电电位在3.6～4.15V之间(相对于锂参比电极)，可作为锂离子电池正极材料。