[发明专利]一种锂电池用导电性良好的磷酸铋正极材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂电池正极材料的技术领域，提供了一种锂电池用导电性良好的磷酸铋正极材料及制备方法。该方法先分别制备磷酸铋前驱体与钒酸锂前驱体，然后制备纳米炭黑悬浮液，并将磷酸铋前驱体、钒酸锂前驱体加入悬浮液中得到复合湿凝胶，再进行球磨，最后经分段煅烧，得到钒酸锂及炭黑复合的磷酸铋正极材料。与未经复合改性的磷酸铋相比，本发明制备的磷酸铋正极材料的导电性得到了明显提高。

技术领域

本发明属于锂电池正极材料的技术领域，提供了一种锂电池用导电性良好的磷酸铋正极材料及制备方法。

背景技术

锂电池的能量密度与电池容量和电动势密切相关，主要受正极容量的控制。正极容量提高一倍，锂电池的能量密度可提高57%，而负极容量提高十倍，锂电池的能量密度仅仅增加47%。因此，提高锂电池能量密度的主要方向为寻找更好的正极材料。化学转换反应是近几年逐渐发展起来的一种锂离子电池新型储锂机理，由于基于此机理的电极材料突破了传统嵌入式化合物结构上的限制，在充放电过程中可实现多电子转移反应，从而获得更高的理论容量，为高能量密度正极材料的研发和应用提供了一条新的途径。

化学转换反应的实质为置换反应，在充放电过程中，正极材料中的金属阳离子所有氧化态都参与反应，完全被还原为金属单质，从而实现多电子反应。在磷酸铋的结构中，因为存在聚阴离子PO₄^3-，通过Bi-O-P诱导效应，PO₄^3-中的P-O共价键可稳定Bi³⁺，在化学转换反应中具有较高的理论输出电压。磷酸铋的理论输出电压为3.1V左右，理论放电比容量为265.5mAh/g，理论质量能量密度为830.5Wh/kg，理论体积能量密度为5253.1Wh/L。可见，磷酸铋可作为化学转换反应锂电池正极材料的理想选择。但是，磷酸铋的导电性差，是其作为正极材料的一个缺陷。为获得理想的磷酸铋正极材料，需对磷酸铋进行改性，以提高导电性。

发明内容

可见，现有技术的磷酸铋用作锂电池正极材料时，具有导电性差的缺点。针对这种情况，本发明提出一种锂电池用导电性良好的磷酸铋正极材料及制备方法，达到明显提高磷酸铋导电性的目的。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种锂电池用导电性良好的磷酸铋正极材料的制备方法，所述制备方法的步骤如下：

（1）将铋源加入稀硝酸中，室温下搅拌至完全溶解，得到铋源溶液；将磷源加入去离子水中，室温下搅拌至完全溶解，得到磷源溶液；在铋源溶液中加入邻二氯苯，超声分散20-30min，再加入磷源溶液，滴加磷酸溶液调节pH值为2-3，置于40-50℃恒温水浴中，超声振荡30-50min，再抽滤、洗涤，得到磷酸铋前驱体；

（2）将锂源、钒酸铵加入去离子水中，超声振荡20-30min，然后滴加氨水调节pH值至8.5，并加热至沸腾，反应40-60min后进行抽滤、洗涤，得到钒酸锂前驱体；

（3）将纳米炭黑、十二烷基苯磺酸钠加入去离子水中，超声分散20-30min得到悬浮液；将磷酸铋前驱体、钒酸锂前驱体加入悬浮液中，继续超声分散40-60min，再加热使水分部分蒸发，得到复合湿凝胶；

（4）在氮气保护下，将复合湿凝胶置于行星式球磨机中进行湿法球磨，然后置于马弗炉中，先在200-220℃下煅烧2-3h，再在300-350℃下煅烧1-2h，得到磷酸铋/钒酸锂/炭黑复合材料，即锂电池用导电性良好的磷酸铋正极材料。

优选的，所述铋源为五水合硝酸铋、七水合硫酸铋中的一种或两种。

优选的，所述磷源为磷酸钠、磷酸钾、磷酸铵中的一种或几种。

优选的，所述稀硝酸的pH值为2。

优选的，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂中的一种或两种。