[发明专利]锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/Cu的制备

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，涉及一种锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃/Cu的制备。

背景技术

作为新一代锂离子电池正极材料，磷酸钒锂（Li₃V₂(PO₄)₃）具有热稳定性好，充放电电压大，放电比容量高及安全性能优异等特点，已日渐成为学者们研究的热点。Li₃V₂(PO₄)₃具有两种晶体结构，一种是单斜晶系，另一种是斜方晶系。由于单斜结构的Li₃V₂(PO₄)₃的电化学性能远优于斜方结构的Li₃V₂(PO₄)₃，目前对磷酸钒锂的研究主要集中在单斜结构的Li₃V₂(PO₄)₃。单斜结构的Li₃V₂(PO₄)₃每一单位单元可以可逆脱嵌/嵌入3个Li⁺，在目前所发现的磷酸盐锂离子正极材料中具有最高的容量(197mAh/g)。我国有丰富的钒矿资源，尽管资源没有铁丰富，但钢铁冶炼渣中存在含量比较高的钒。因此从经济和环境角度来看，Li₃V₂(PO₄)₃锂电池正极材料的开发具有非常大的意义和价值。

虽然Li₃V₂(PO₄)₃具有高电位、循环性能好和环境友好等特点，但是该材料的Li⁺扩散速率小、电导率较低，导致高倍率充放电时比容量过低。要解决这些问题，必须设法提高Li⁺及电子的传导率，对材料进行改性。目前改性方法包括：在Li₃V₂(PO₄)₃的碳表面包覆、掺杂金属离子和减小颗粒尺寸。其中在Li₃V₂(PO₄)₃的表面包覆碳或者在Li₃V₂(PO₄)₃粉体中引入碳微粒，主要是因为碳具有导电性，可以帮助提高Li₃V₂(PO₄)₃粉体的电子传导率，进而提高其电化学性能。也有人提出通过在Li₃V₂(PO₄)₃粉体中引入其它导电剂，如Au、Ag和Cu等，来改善其电化学性能，但尚未见具体的文献报道。目前制备Li₃V₂(PO₄)₃的方法有高温固相法、溶胶-凝胶法和微波法。固相法和微波法均需要高温煅烧，因此所得粉体极易团聚，难以得到尺寸均一、形貌规则的Li₃V₂(PO₄)₃粉体；采用溶胶-凝胶法能有效提高产物的纯度和结晶性，煅烧温度也较低，此外通过在前驱液中添加表面活性剂，能有效控制所得粉体的形貌和尺寸；但是传统溶胶-凝胶法的周期较长，将溶液转变成凝胶所需的时间约10h，极大地限制了Li₃V₂(PO₄)₃的生产效率。

发明内容