[发明专利]一种含钒磷酸盐碱金属离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种含钒磷酸盐碱金属离子电池正极材料及其制备方法和应用。本发明的含钒磷酸盐碱金属离子电池正极材料，化学通式为A_3+xM_xV₂(PO₄)_3+x；其中：A选自至少一种碱金属；M选自至少一种2+氧化态的氧化还原活性元素；1≤x≤7。本发明的含钒磷酸盐碱金属离子电池正极材料的制备工艺简单、成本低、安全性高，制备得到的含钒复合材料更适于作为碱金属离子电池的正极材料，由其制作的可充电电池具有更高的比能量、倍率性能、良好的低温性能及循环性能。

技术领域

本发明涉及电池正极材料技术领域，尤其是涉及一种含钒磷酸盐碱金属离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

相对于传统的可充电电池，锂离子电池因工作电压高、比能量高、循环寿命长、工作温度范围宽、无污染等优势而广泛应用于便携式电子产品、电动汽车、航空航天等领域。在锂离子电池中，正负极和电解质材料的结构和性能决定着电池的各项性能，其中正极材料对电池的容量、工作电压、安全性、使用寿命等主要性能具有重要影响。

近来来开发的正极材料根据晶体结构主要分为层状结构的材料、尖晶石结构的材料、聚阴离子结构的材料以及钠快离子导体型(NASICON)的磷酸钒锂材料等。与磷酸铁锂材料相比，钠快离子导体型的结构提供了足够大的空间有利于锂离子在晶体中快速的扩散，热稳定性更好，电子电导率较高，同时钒具有较高的氧化还原电位，理论比容量高，因此磷酸钒锂材料有望成为新一代锂离子动力电池正极材料。

具有NASICON结构的电极材料一般用通式A₃M₂(PO₄)₃来表示，其中A是碱金属，M是至少一种过渡金属。具有斜方六面体NASICON结构的化合物形成了MO₆八面体框架，该MO₆八面体与PO₄(或其等价结构)四面体共享该MO₆八面体的所有角。成对的MO₆八面体具有通过三个PO₄四面体桥连的表面来形成“灯笼”结构，该结构与六边形c-轴(斜方六面体[111]方向)平行排列，并且这些PO₄四面体的每个PO₄四面体(或其等价结构)与两个不同的“灯笼”结构桥连，碱金属离子占据NASICON框架结构内的空隙空间。

然而，许多现有的基于NASICON的电极材料存在制备不经济、无法提供充足的电压、充电容量不够或在多次循环中会丧失再充电能力等问题。因此，非常需要开发一种具有更好的充电容量、制备经济、能提供充足的电压以及在多次循环中保持容量的基于NASICON的电极活性材料。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含钒磷酸盐碱金属离子电池正极材料及其制备方法和应用，其制备工艺简单、成本低、安全性高，制备得到的含钒复合材料更适于作为碱金属离子电池的正极材料，由其制作的可充电电池具有更高的比能量、倍率性能、良好的低温性能及循环性能。

本发明提供一种含钒磷酸盐碱金属离子电池正极材料，化学通式为A_3+xM_xV₂(PO₄)_3+x；其中：A选自至少一种碱金属；M选自至少一种+2氧化态的氧化还原活性元素；1≤x≤7，优选为1x7。

可以理解，所选的A、M、V、PO₄和x能够保持化合物的电中性；在本发明中，术语“通式”是指各原子种类的相对比例可在约2％至5％的范用围内略有变化，更典型的是可在约1％至3％的范围内略有变化。