[发明专利]一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料，特别是涉及一种锂离子电池复合正极材料xLi₃V₂(PO₄)₃·yLiVPO₄F/C及其制备方法。

背景技术

锂离子电池正极材料是最关键也是成本最高的部分, 目前市场上的锂离子蓄电池正极材料主要有锂钴氧、镍钴锰三元系及锂锰氧三种。其中, 锂钴氧和镍钴锰三元是主流材料, 但是钴毒性较大, 且钴资源严重稀缺, 价格昂贵；层状的锂锰氧虽然具有200 mAh·g^-1 以上的比容量, 但是结构稳定性很差，而尖晶石型的锂锰氧比容量很低, 且高温下的结构稳定性有待加强。上述缺点限制了这些材料的进一步应用。因此寻找性价比更好的新材料成为了研究的重点。以LiFePO₄、Li₃V₂(PO₄)₃ 和LiVPO₄F为代表的磷酸盐因为具有环保、安全性能好、成本低廉、结构稳定、电化学性能较好等特点, 吸引了研究工作者的重视。然而该类材料的导电性能差，一直未能实际应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构稳定、导电性能优越，倍率性能好，放电比容量高，循环性能优良、且资源丰富、 价格较便宜、的锂离子电池复合正极材料及其制备方法。

本发明的锂离子电池正极材料是由LiVPO₄F与Li₃V₂(PO₄)₃两种材料的前驱体按照摩尔比为1～100∶100～1混合，经碳源还原剂将高价钒还原为低价钒，经恒温煅烧后生成具有以下结构式的产品：xLi3V2(PO4)3·yLiVPO4F/C。

所述结构式的产品是Li₃V₂(PO₄)₃与LiVPO₄F中的一种包覆在另外一种颗粒表面或存在于颗粒之间或直接与其形成部分固溶体。

锂离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将锂源化合物、钒源化合物、磷源化合物及氟源化合物按LiVPO₄F与Li₃V₂(PO₄)₃摩尔比为1～100∶100～1配料，混合均匀；

（2）按照碳源还原剂与钒源化合物的摩尔比为1∶1～20∶1加入碳源还原剂；在常温常压下经按现有技术机械活化0.5～20小时；

（3）在非氧化性气氛中，在500-900度恒温煅烧3～48小时，得到颗粒细小的无定型xLi₃V₂(PO₄)₃·yLiVPO₄F/C复合正极材料。

所述锂源化合物是碳酸锂、甲酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、氟化锂、碘化锂、氧化锂、溴化锂、氯化锂中的一种或两种。

所述钒源化合物是五氧化二钒、二氧化钒、偏钒酸氨、碳酸钒、四氯化钒中的一种。

所述磷源化合物是磷酸二氢氨、磷酸氢二氨、磷酸三氨、磷酸、五氧化二磷、三氧化二磷中的一种或两种。

所述氟源化合物是氟化锂、聚四氟乙烯中的一种。

所述碳源还原剂是抗坏血酸、苹果酸、己二酸、丙二酸、柠檬酸、正丁醛、异丁醛、异丙醇中的一种或几种的混合物。

本发明通过对两种单一材料的前驱体混合制备出的锂离子电池复合正极材料，一方面使其优势互补，另一方面通过形成新的物相，克服了单一的Li₃V₂(PO₄)₃和LiVPO₄F导电率低的问题，大倍率放电性能显著提高。经实验其导电性能优越，倍率性能好，放电比容量高，循环性能优良、且资源丰富、 价格较便宜，可适合用于动力电池。

具体实施方式

实施例1：