[发明专利]一种提高锂离子电池复合正极材料xLiFePO4· yLi3V2(PO4)3振实密度的方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池材料及其制备方法领域，涉及一种提高锂离子电池复合正极材料xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃振实密度的方法。

背景技术

近年来，具有橄榄石结构的化合物LiMPO₄(M＝Fe、Mn、Ni和Co等)成为锂离子电池正极材料领域的研究热点，在这些化合物中，LiFePO₄因其具有理论比容量高、价廉、安全、环保等多种优点，成为一种非常有前景的锂离子电池正极材料。然而，LiFePO₄具有极低的电子导电率(10^-9～10^-10S·cm^-1)和锂离子扩散速率(1.8×10^-14cm²·s^-1)，使得其高倍率下的电化学性能很差。因此，当前对LiFePO₄改性研究的重点和热点集中在提高其电子导电性和离子扩散速率两个方面，主要途径有表面包覆电子导体、表面包覆快离子导体、离子体相掺杂改性和细化颗粒等。

Li₃V₂(PO₄)₃是磷酸盐体系正极材料中的又一重要成员。由于它是一种Nasicon结构的锂快离子导体，安全性好、成本低廉、结构稳定、电化学性能较好等特点，近年来引起广大电池研究工作者的关注。Li₃V₂(PO₄)₃工作电位高(3.6-4.5V，vs.Li/Li⁺)，理论比容量高(197mAh·g^-1)，且具有特殊的三维离子通道，锂离子能很好的进行脱出和嵌入；在Li₃V₂(PO₄)₃中，由于晶体结构的原因金属离子相隔较远，一定程度上降低了材料中电子的迁移率，导致材料的电子导电率较低，不适合在大电流下进行充放电。这一致命缺陷也导致了其大电流放电容量低、衰减快，限制了其应用。Li₃V₂(PO₄)₃的改性方法包括：表面包覆电子导体、离子体相掺杂改性和细化颗粒等。

我们曾提出用Li₃V₂(PO₄)₃的快离子导电性和高电压平台来对LiFePO₄材料进行改性(Ionics，2009，15：753-759)。即利用具有NASCION结构的Li₃V₂(PO₄)₃的快锂离子导电率的优点，来提高LiFePO₄的离子导电性；利用Li₃V₂(PO₄)₃的三个放电平台均高于LiFePO₄的放电平台(3.4V)的特点，来提高LiFePO₄的能量密度。结果表明，LiFePO₄和Li₃V₂(PO₄)₃复合后的材料较单一的LiFePO₄和Li₃V₂(PO₄)₃在大倍率下的充放电性能和循环性能均得到显著提高。然而，虽然该复合材料的电化学性能优异，但振实密度却较低。

在此，我们提出用溶胶凝胶-喷雾干燥-碳热还原联合法来制备锂离子电池复合正极材料xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃，该材料为密实的球形颗粒，振实密度很高，而且电化学性能也非常优异。迄今为此，未见关于用该方法来制备锂离子电池复合正极材料xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃的报道。

发明内容