[发明专利]正极材料磷酸钒锂及其制备方法

权利要求书

1.一种正极材料磷酸钒锂，其特征在于：所述正极材料磷酸钒锂具有磷酸钒锂Li₃V₂(PO₄)₃基体，基体外包覆有碳材料包覆层，包覆量为基体的1～3wt.％，所述锂离子电池正极材料具球形、长短轴为5～30μm的近似球形、菱形、锥形、片状、层状或/和块状的微观特征，其粒度为0.5～30μm，比表面积为5～25m²/g，振实密度为1.1～1.6g/ml。

2.根据权利要求1所述的正极材料磷酸钒锂，其特征在于：所述正极材料磷酸钒锂以0.45mA/cm²的充放电电流密度充放电，充放电电压为3.0-4.3V和3.0-4.9V时，最大放电容量分别高于125mAh/g和170mAh/g，首次库仑效率分别高于95％和93％，循环40周后的容量保持率分别高于95％和82％。

3.一种正极材料磷酸钒锂的制备方法，包括以下步骤：一、液相混合反应：将亚微米或纳米级颗粒的磷酸二氢锂、钒源化合物和碳材料按物质的量比2.9～3.3∶2∶1.0～3.5，溶于20～90℃去离子水中，搅拌0.5～3小时得到混合材料；二、前躯体的制备：将混合材料在200～500r/min的转速下球磨0.5～12小时，然后在100～360℃条件下喷雾干燥得到正极材料前躯体，前躯体的形状为球形、长短轴为5～30μm、菱形、锥形、片状、层状或/和块状的二次成型颗粒；三、预处理：将二次成型颗粒在保护气氛下、在200～450℃预处理2～6小时，自然冷却后得到预处理粉末；四、焙烧处理：将预处理粉末在保护气氛下、在600～950℃中焙烧处理5～12小时，然后自然降温至室温，得到Li₃V₂(PO₄)₃基体；五、将Li₃V₂(PO₄)₃基体表面包覆可炭化的有机物，然后在500～1200℃的温度下碳化处理1～12小时，自然降温至室温，得到锂离子电池正极材料磷酸钒锂。

4.根据权利要求3所述的正极材料磷酸钒锂的制备方法，其特征在于：所述钒源化合物是非水溶性的钒源化合物或水溶性的钒源化合物；所述碳材料是非水溶性的单质碳或水溶性的碳化合物。

5.根据权利要求4所述的正极材料磷酸钒锂的制备方法，其特征在于：所述非水溶性的钒源化合物是五氧化二钒、三氧化二钒、二氧化钒、偏钒酸铵，所述水溶性的钒源化合物是偏钒酸钠。

6.根据权利要求5所述的正极材料磷酸钒锂的制备方法，其特征在于：所述非水溶性的单质碳是导电乙炔碳黑(Super P)、导电乙炔碳黑(Ensaco)或纳米导电碳粉；水溶性的碳化合物是蔗糖、葡萄糖、酒石酸、柠檬酸、尿素、丙烯酸、果糖、抗坏血酸、聚乙二醇或丙三醇。

7.根据权利要求6所述的正极材料磷酸钒锂的制备方法，其特征在于：所述将非水溶性的钒源化合物和碳材料经过湿法超细球磨处理至亚微米或纳米级颗粒。

8.根据权利要求7所述的正极材料磷酸钒锂的制备方法，其特征在于：所述湿法超细球磨处理采用球磨或粉碎设备，球磨或粉碎设备是搅拌式球磨机、砂磨机、胶体磨机、气流粉碎机、冲击式微粉球磨机、气流蜗旋微粉机、冲击式粉碎机或棒式机械粉碎机。

9.根据权利要求3至8中任一所述的正极材料磷酸钒锂的制备方法，其特征在于：所述将混合材料在200～500r/min的转速下球磨前，加入占混合材料0.1～3wt.％的掺杂改性剂，所述掺杂改性剂是Fe、Zr、Zn、Ti、Al、Mg、Cu、Cr、Ni、Ge或Nb元素的化合物、导电乙炔碳黑(Super-P)、纳米碳纤维、碳纳米管或纳米碳微球。

10.根据权利要求9所述的正极材料磷酸钒锂的制备方法，其特征在于：所述将二次成型颗粒在惰性气氛保护下预处理前，在200～1100r/min的转速下融合处理0.5～2小时。

11.根据权利要求10所述的正极材料磷酸钒锂的制备方法，其特征在于：所述保护气体采用氦气He、氩气Ar或氮气N₂。