[发明专利]一种快速溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法，尤其涉及一种快速溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法。

背景技术

化学电源技术作为一种能安全、有效地实现化学能和电能之间转化、储存的技术，在世界掀起研究热潮。锂离子电池因其具有体积小、重量轻、工作电压高、比能量大、循环寿命长、无记忆效应、自放电小等优点，被视作最具潜力的化学电源之一。目前，锂离子电池已经在电动车(EV)，混合电动车(HEV)，电动自行车(EB)，电动工具(PT)等领域的部分市场上发挥其独特的优势。而正极材料作为影响锂离子电池性能最关键的因素，左右着它的发展。

目前，已经大量商品化的钴酸锂正极材料，以及常用的Ni-Co-Mn三元素锂氧材料等，虽然其容量密度高，但安全性较差。如用作动力电池材料，由于大电流充放电，易引起燃烧甚至爆炸，存在很大的安全隐患。另一方面，钴资源匮乏，价格昂贵，还存在重金属污染。因此，寻找安全、性价比高的动力锂离子电池正极材料已是一个重要的研究课题。截至目前的研究表明，动力锂离子电池较安全的正极材料有LiMn₂O₄、LiFePO₄、Li₃V₂(PO₄)₃等。其中Li₃V₂(PO₄)₃优势更加明显，发现其具有与LiCoO₂同样的放电平台和能量密度，而且热稳定性、安全性远远优于LiCoO₂，也好于LiMn₂O₄和LiFePO₄。与LiFePO₄相比，单斜晶系的Li₃V₂(PO₄)₃化合物还具有更高的Li⁺离子扩散系数、更高放电电压(3.6V，4.1V和4.6V)、更高的理论比容量(197mAh/g)和能量密度(2330mWh/cm³掺杂碳后)。因此，Li₃V₂(PO₄)₃被认为是最有希望的新型动力锂离子电池正极材料之一，在大容量动力锂离子电池研发方面具有潜在的应用前景。

通常，磷酸钒锂材料是通过固相法，溶胶凝胶法，水热合成法等一些方法来合成的。据研究表明，颗粒形貌对磷酸钒锂材料性能具有巨大的影响，均匀、细小颗粒的产物具有较大的比表面积，能够提高材料的性能。传统的固相法要求反复的研磨、大于900℃的焙烧温度以及超过16h的焙烧时间，得到的材料颗粒较大、不均匀，并且容易产生杂质；水热合成法以及流变相合成法等方法又对合成的设备要求较高，很难适用于工业生产；而相对这些方法，溶胶凝胶法既能实现反应物分子水平上的混合、减小材料的颗粒，又降低了产品焙烧的温度，同时也便于操作。但是，传统的溶胶凝胶法通常需要数天的时间来得到前驱体，造成生产产品的时间过长，不利于实现工业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速溶胶凝胶法制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法，该方法合成的磷酸钒锂材料颗粒细小、均匀，杂质少，且降低了焙烧温度、缩短了焙烧时间。而较之一般的溶胶凝胶法，该方法大大缩短了合成时间，简化了合成步骤，且得到的产品颗粒分布均匀，具备优良电化学性能。

本发明是这样来实现的，其特征在于具体步骤为：

(1)将五氧化二钒加入到还原性酸的溶液中，五氧化二钒与还原性酸的用量范围比是1∶2.8-3.5，加热至60-80℃，恒温搅拌10-50min，得到蓝色溶液；

(2)向蓝色溶液中加入与五氧化二钒的化学计量比为3-3.2∶2.9-3.05∶0.95-1.05的锂盐、磷酸盐以及可溶性碳源，恒温搅拌2-4h，干燥得到干凝胶，研磨后得到粉末；

(3)将得到的粉末材料在惰性气氛中于200-400℃下处理2-4h，得到前驱体；

(4)将得到的前驱体与另一种碳源混合研磨均匀后，在惰性气氛中于500-850℃下焙烧2-4h，冷却得到锂离子电池正极材料磷酸钒锂。

所述的还原性酸优选草酸、柠檬酸。