[发明专利]锂离子电池正极材料磷酸钒锂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法，特别是一种具有高导电性、高的倍率性能的磷酸钒锂材料及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有能量密度高、循环寿命长和自放电率小的优点，自1990年Sony公司成功实现锂离子二次电池的商业化生产以来，锂离子电池被广泛地应用在各种便携式电子产品和移动工具上，它在电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)电源方面也有着巨大的应用前景。目前，锂离子电池正极材料主要有锂钴氧化物、锂锰氧化物和磷酸亚铁锂等几种，锂钴氧化物是最早作为锂离子电池正极材料使用的，技术成熟，但钴作为战略资源，资源短缺、成本高、毒性较高，而且锂钴氧化物由于本身结构原因存在热稳定性差、氧易逸出和燃烧，安全性较差，而且其放电电压较低(平均放电电压为3.6～3.7V)、容量低于150mAh/g。锂锰氧化物正极材料资源丰富、成本低，但其电化学容量较低，使其应用受到了限制。磷酸亚铁锂正极材料具有成本较低、稳定性较好和安全性能好的优点，但其放电电压平台较低，在3.4V左右，理论容量(170mAh/g)也较低。在所研究的各类锂离子电池正极材料之中，磷酸钒锂具有以下优点：较高的放电电压平台，平均放电电压为4.0V左右；较高的充放电容量，理论容量为197mAh/g，可逆容量在170mAh/g以上；优异的循环稳定性；良好的安全性和较低的成本，因而有望成为新一代的锂离子电池正极材料。

目前，对锂离子电池正极材料磷酸钒锂的研究还刚刚开始，研究报道不多，公知的磷酸钒锂合成方法主要有高温固相法、溶胶凝胶法和微波烧结法三种。高温固相法采用的原料几乎都为锂盐、钒盐和磷酸盐，经预烧，再加碳还原或氢气还原焙烧，操作较繁琐，存在合成产品的纯度低以及生产成本高的问题。溶胶凝胶法合成条件控制苛刻，不适于工业化生产。微波法合成时间短，能耗低，但由于加热温度及时间不易控制，影响了产品性能，而且产物纯度也得不到保证。且上述三种方法合成的磷酸钒锂正极材料的导电性和大倍率放电性能不能满足用大功率电器对锂离子电池的倍率性能要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池正极材料磷酸钒锂及其制备方法，要解决的技术问题是提高正极材料的导电性和大倍率放电性能，提高锂离子电池的倍率性能、安全性能。

本发明采用以下技术方案：一种锂离子电池正极材料磷酸钒锂，所述正极材料具有磷酸钒锂Li₃V₂(PO₄)₃基体，基体外包覆有纳米复合导电材料，所述正极材料具有球形、长短轴为5～50μm的近似球形、菱形、锥形、片状、层状或/和块状的微观特征，其粒度为5～50μm，比表面积为5～25m²/g。

本发明的纳米复合导电材料是纳米复合导电剂、纳米金属或纳米金属氧化物导电剂，包覆量为基体的0.1～3wt.％。

本发明的纳米复合导电剂为呋喃树脂、脲醛树脂、嘧胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、纤维素、焦炭、煤沥青或石油沥青有机物形成的热解炭，导电乙炔碳黑、纳米碳纤维、碳纳米管或纳米碳微球导电炭材料；纳米金属为Al、Mg、Cr、Co、Mn、Zn、Cu、Au、Ni、Ag或Nb金属元素单质及其纳米金属氧化物。