[发明专利]低温制备锂离子电池正极材料氟磷酸钒锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温制备锂离子电池正极材料氟磷酸钒锂的方法。

背景技术

锂离子二次电池具有很多的优良特性，已广泛地应用于便携式电子产品、通讯工具、电动汽车、储能设备上。锂离子电池的性能在很大程度上取决于正极材料。其中钒系正极材料中的氟磷酸钒锂(LiVPO₄F)由于具有可逆性能好，原材料来源丰富、比容量较高(理论容量为156mAh/g)、平台比较高(4.2Vvs Li⁺/Li)等优点引起了高度的重视。但以下缺点阻碍了它的实际应用：(1)合成中V³⁺易氧化成V⁵⁺，不易得到单相的LiVPO₄F；2)锂离子在LiVPO₄F中扩散困难，导致活性材料的利用率低；(3)LiVPO₄F本身的电导率也很低，导致它大电流放电性能差。现有的研究通过以下几方面来提高LiVPO₄F的性能：(1)采用惰性气氛来保护V³⁺；(2)合成小粒径的LiVPO₄F以提高锂离子的扩散能力；(3)加导电剂来提高电导率。目前文献报道合成LiVPO₄F材料主要采用氢气还原法和高温碳热还原法。氢气还原法由于采用纯H₂作为还原剂，在实验操作时由于H₂的易燃易爆性质而非常危险，不利于工业化生产。而且所合成材料粒径的分布不均匀、且导电性能低等缺点。高温碳热还原法由于需要的反应温度比较高，因而所合成的材料粒径分布不均匀、导电性能和循环性能不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用低温制备锂离子电池正极材料LiVPO₄F的方法。以解决钒离子容易氧化、使所合成材料粒径分布均匀、细小、电导率提高、降低烧结温度，降低成本，提高了样品的电化学性能，简化工艺的目的。

本发明的具体步骤为：

(1)将五氧化二钒粉末加热到600～900℃，并恒温1～4h使其熔融后迅速倒入装有水的容器中形成棕红色溶液，该溶液静置4～16h即可形成V₂O₅·nH₂O湿凝胶；将湿凝胶洗涤后除去大部分水分，然后在70～100℃下真空干燥4～16h，研磨得到五氧化二钒凝胶粉末；

(2)将上述制备得到的五氧化二钒凝胶粉末与锂盐、氟盐、磷酸盐、乙炔黑按摩尔比为1∶2∶2∶2∶2.4混合均匀后，在惰性气体的保护下于400℃～700℃烧结5-20h，冷却后即为成品LiVPO₄F；

所述锂盐为醋酸锂、氯化锂、硝酸锂和氟化锂中的一种；

所述氟盐为氟化铵、氟化钠、氟化钾和氟化锂中的一种；

所述磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸钾和磷酸钠中的一种；

所述的惰性气体为氮气和氩气中的一种。

本发明直接使用五价钒作原料，解决了钒离子容易氧化问题；降低了烧结温度，可以有效地抑制样品晶粒的过分长大，使所合成材料粒径分布均匀、细小、电导率提高；合成温度400～700℃之间可调，可得到不同粒度的材料；方法简单方便、易于控制；样品的充放电性能和循环性能提高，降低了成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的3号样品LiVPO₄F的XRD图。

图2为本发明实施例1的3号样品LiVPO₄F的SEM图。

图3为本发明实施例1的3号样品LiVPO₄F的首次充放电曲线。

图4为本发明实施例1的3号样品LiVPO₄F的循环性能曲线。

具体实施方式

实施例1：