[发明专利]一种采用EDTA为碳源包覆改性磷酸钒锂正极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用EDTA为碳源包覆改性磷酸钒锂正极材料的方法，属于化学电源材料和锂离子电池领域。

背景技术

锂离子电池具有比能量大、自放电小、循环寿命长、重量轻和环境友好等优点，成为电动汽车和混合动力汽车电源的有力竞争者。常见的动力锂离子电池正极材料有尖晶石锰酸锂（LiMn₂O₄）、镍钴锰三元材料（LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂）和聚阴离子型正极材料（LiMPO₄，M=Mn、Fe、V等）。其中，聚阴离子型磷酸铁锂（LiFePO₄，LFP）的循环寿命长、安全性高、价格低廉，但存在电子离子导电性差、锂离子扩散系数低和大电流放电特性较差等缺陷。同为聚阴离子型结构的磷酸钒锂（Li₃V₂(PO₄)₃，LVP）的理论能量密度达500mWh/g，相比LFP具有更高的电子离子导电性、理论充放电容量及充放电电压平台，且在4.8V的高充电电压下仍能保持稳定结构，因此作为动力锂离子电池正极材料更具有应用前景。

但磷酸钒锂也同样具有磷酸盐正极材料共有的缺点，即电子导电率低。需要对磷酸钒锂进行材料改性。目前，磷酸钒锂的改性方法主要有碳包覆、金属氧化物包覆和金属阳离子掺杂，其中又以碳包覆改性方法最为常见。如Jiawei Wang等人采用LiH₂PO₄为磷源和锂源、V₂O₅为钒源，聚乙二醇作为碳源，通过固相反应得到碳包覆的Li₃V₂(PO₄)₃/C正极材料，所述正极材料在1C的充放电倍率下容量保持在110~120mAh/g。此外，蔗糖、麦芽糖、聚苯乙烯、柠檬酸也可用于该材料的碳包覆改性中。

四乙酸乙二胺（EDTA）是一种螯合剂，具有六个配位原子，能和碱金稀土元素和过渡金属等形成稳定的水溶性络合物，在锂离子电池正极材料的合成中可作为络合剂，但目前没有将EDTA作为碳源，对磷酸钒锂进行包覆改性，制备得到磷酸钒锂正极材料的报道。

发明内容

本发明目的在于提供了一种采用EDTA为碳源包覆改性磷酸钒锂正极材料的方法，所述方法将锂源、钒源、磷源和EDTA混合后，加水研磨得到固液混合物，经两次烧结得到采用EDTA为碳源包覆改性磷酸钒锂正极材料。所述方法合成温度低、煅烧时间短，得到的采用EDTA为碳源包覆改性磷酸钒锂正极材料颗粒细、分布均匀、电化学性能高，适合于大规模工业化生产。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种采用EDTA为碳源包覆改性磷酸钒锂正极材料的方法，所述方法步骤如下：

（1）将锂源、钒源、磷源和EDTA混合后，加水研磨得到固液混合物；

其中，所述锂源、钒源、磷源、EDTA和水的用量，为Li：V：P：EDTA：水=（3.0～3.3）mol：2mol：3mol：（0.8～1.6）mol：（400~600）ml；

（2）将固液混合物移至密封容器中，在70～90℃反应8～15h，得到前驱体；

（3）将前驱体在300~400℃烧结3～5h，自然冷却后得到预处理材料；

（4）将预处理材料在700～850℃烧结6～10h，自然冷却后得到黑色固体，所述黑色固体为采用EDTA为碳源包覆改性磷酸钒锂正极材料。

其中，步骤（1）中，所述锂源、钒源和磷源为锂离子电池正极材料领域的常规材料，优选所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、硝酸锂、氟化锂或草酸锂；所述钒源为五氧化二钒或偏钒酸铵；所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵或磷酸铵。

步骤（3）、（4）中，烧结在惰性气体保护下进行，如氩气、氦气或氮气。

优选步骤（1）中，将锂源、钒源、磷源和EDTA混合后，滴加加入水进行研磨，得到均匀的固液混合物。

优选步骤（4）中，将预处理材料研磨后，在5~15MPa压实5~10min，得到厚度为0.5~1cm的实心片，然后进行烧结。

有益效果