[发明专利]锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，特别是一种锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备方法。

背景技术

现代时代的进步，用电器具不断的小型化、多功能化，相应的对于电池的要求也在不断提高。同时，为了减缓人类本身和自然界的冲突，寻求可持续发展之路，保护自然环境和自然资源成为人类进入21世纪后所面临的严峻挑战。因此，新能源和新材料的开发和利用成为世界各国必须解决的重大课题。而电能作为人类社会不可或缺的重要能源，任何其它资源的利用一般都要借助电能，而电能的储存、转化、输送都要涉及电池技术。

锂离子电池是在锂电池的基础上发展起来的一种新型电池，它具有许多优点：电压平台高，比容量高，循环寿命长，自放电低，无记忆效应等，在电动汽车和储能设备上具有巨大的应用前景。锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料。

层状钴酸锂正极材料是普遍应用的商业化锂离子电池正极材料。但是由于钴价格昂贵并且有毒，循环稳定性较差，在过充和过热时会分解，可能引起电池爆炸，存在潜在的安全因素，所以一直在寻找可以代替钴酸锂的正极材料。聚阴离子正极材料具有良好的热稳定性，磷酸铁锂作为其代表已实现工业化生产。但是磷酸铁锂电导率和锂离子扩散系数较低，因此寻找新的可以替代的材料成为重中之重。

近年来，一种新的聚阴离子正极材料-磷酸钒锂，不断得到人们的关注。该材料具有较高的离子扩散系数和理论比容量，优良的循环性能和热稳定性，成为下一代锂离子电池正极材料的首选。我国钒资源及其丰富，是钒资源储量大国，利用我国丰富的钒资源，合成锂离子电池正极材料磷酸钒锂，将具有重大的社会意义和经济效益。

对比文献1（刘丽英等，磷酸钒锂溶胶-凝胶制备及电化学性能研究[J].电化学，2010,16（4）:452-454.）公开了一种液相法制备的磷酸钒锂正极材料，其0.5C和1C放电比容量分别为143.1mAh g^-1和130.6mAh g^-1，参数值不够高，且工艺复杂。急需一种采用简单工艺并制得性能优良的制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备方法。

过程如下：

步骤一：将含钒化合物、含锂化合物和磷酸盐按照摩尔比1:（2.8-3.2）:3称重；称取占原料质量分数30%-60%的柠檬酸，配置成质量浓度20%-50%的柠檬酸溶液；

步骤二：将含钒化合物、含锂化合物和磷酸盐混合均匀，向上述三种原料中加入总重量15-45%的去离子水，反应0.5-2小时；

步骤三：将柠檬酸溶液加入反应原料中，60℃-100℃加热至固相，100℃-150℃烘干；以150r/min-500r/min的速度球磨2-10小时，然后放入惰性气氛炉中以1-10℃/min升温至300-1000℃，恒温2-24小时，制得磷酸钒锂。

所述的含钒化合物为V₂O₅，VO₂，V₂O₃，NH₄，VO₃中的任意一种；优选V₂O₅。

所述的含锂化合物为氢氧化锂，氟化锂，硝酸锂，碳酸锂，醋酸锂，磷酸二氢锂中的任意一种；优选Li₂CO₃。

所述的磷酸盐为磷酸二氢铵，磷酸氢二铵，磷酸铵，磷酸二氢锂中的任意一种；优选磷酸二氢铵。

所述的惰性气体为氮气，氩气中的任意一种。

本发明相对于现有技术的优点在于：

（一）本发明利于自催化反应使原料混合更加均匀，有利于使磷酸钒锂具有较小的一次颗粒。

（二）本发明合成工艺简便易行，安全性及稳定性好，适合应用于工业化规模生产。

（三）本发明所采用的原材料来源广泛，成本低廉。

（四）本发明制备的正极材料晶型较完整，颗粒尺寸较小，晶粒形貌较规则。

（五）本发明制备的负极材料比容量高、放电电压平稳，循环稳定性好、大电流充放电性能佳。

附图说明