[发明专利]一种使用聚合物材料生产磷酸钒锂的碳热还原方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电活性材料磷酸钒锂的大规模生产合成，尤其涉及一种使用聚合物材料生产磷酸钒锂的碳热还原方法。

背景技术

随着便携式电子设备，动力和储能领域的迅猛发展，对高容量、高耐久性、长寿命电池的需求也不断增加。因此碱金属电池，特别是锂离子电池已经成为理想的能量来源。

目前，由聚阴离子(SiO₄)^n-、 (PO₄)^n-、(AsO₄)^n-等组成的三维结构化合物被认为是如LiM_xO_y的氧化物电极材料的理想替代物。一系列这种材料已经在美国专利6，528，003 B1 中(Barker et al.)得到了披露，该方法是将V₂O₅、 Li₂CO₃、(NH₄)₂HPO₄和碳一起球磨；再将研磨好的粉末进行造粒；在300℃加热粒子以除去CO₂和NH₃；将新的粒子在850℃加热并保温8小时制成电化学活性产物。这些化合物具有通式Li_aMI_bMII_c(PO₄)_d， MI 和MII可以相同也可以不同。MI 可以是Fe、Co、Ni、 Mn、Cu、V、Sn、Ti、Cr 组成的组中的一种或多种金属。MII是Mg、Ca、Zn、Sr、Pb、Cd、Sn、Ba、Be组成的组中的一种或多种金属。这种聚阴离子材料更具体的例子包括橄榄石结构化合物，如LiMPO₄，这里 M是Mn、Fe、Co、 Cr 等。其它聚阴离子材料的例子还有 NASICON结构化合物，如Li₃M₂(PO₄)₃。目前，一系列具有这种晶体点阵结构的聚阴离子化合物，如过渡金属和混合金属磷酸盐已经被开发出来。这些过渡金属和混合金属磷酸盐是嵌入式化合物，与锂过渡金属复合氧化物材料相比，磷酸盐类正极材料普遍具有晶体结构稳定，热稳定性好，安全性能优异的突出优点。

在这些磷酸盐正极材料中，具有化学通式Li₃V₂(PO₄)₃的磷酸钒锂是一种很有前途的锂离子电池材料。它具有结构稳定，高容量( 197 mAh /g) ，高电压( 4.3 V) 的特点。尽管这种材料可以作为电化学活性材料用于制造电极，但是目前对这种材料的研究，在大规模工业化生产中并不一定是最经济有效的。实验室规模的合成方法，往往难以在规模化的生产中实施。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种使用聚合物材料生产磷酸钒锂的碳热还原方法，该方法生产的材料具有高的电导率、卓越的循环寿命和较高的可逆容量。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种使用聚合物材料生产磷酸钒锂的碳热还原方法，包括以下步骤：

A、首先通过湿法混合方法将聚合物材料加入到溶剂中，并不断搅拌直到聚合物溶解，时间为10min至5h，然后加入聚阴离子化合物材料并不断搅拌形成混合物，接着对混合物继续进行搅拌，时间为2min至5h，随后将金属离子材料加入到混合物中，并搅拌2min至5h得到混合物浆料；或者通过干混方法将聚合物材料、溶剂、聚阴离子源或碱金属聚阴离子源碳源、及至少一种金属离子源混合成混合浆料，混合时间为4min～16h，最好是30min～2h；将上述混合物浆料在大于溶剂沸点的条件下进行加热，使溶剂完全挥发，得到干燥的混合物；

B、对干燥的混合物进行研磨或碾磨，时间为4～24h，以进一步获得均匀混合的细小颗粒；