[发明专利]一种制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法，特别是涉及一种常温还原嵌锂-低温热处理制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法。

背景技术

磷酸钒锂(Li₃V₂(PO₄)₃)是一种新型锂离子电池正极材料。它具有较高的放电平台，平均放电平台为4.0V左右；较高的充放电容量，在3V～5V的电压范围内，理论容量为197mAh/g，可逆容量在170mAh/g以上；在3V～4.5V的电压范围内，理论容量为133mAh/g；优良的循环性能；良好的安全性能，并且价格低廉，被认为是未来最有前途的锂离子电池正极材料之一，并有望用在以锂离子电池为动力的电动汽车上，其前景是不可估量的。

传统的制备方法主要有以下几种：高温固相烧结法、碳热还原法、溶胶-凝胶法、水热法等等。然而这些方法都存在一些固有的缺点，如：合成温度高、合成周期长、控制条件苛刻、成本高以及合成材料的充放电性能差等缺点，这些都限制着磷酸钒锂的大规模产业化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种合成温度低，合成周期短，条件控制简便，合成方法简单，易于实现大规模产业化的制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法，以高价钒源化合物、磷源化合物、锂源化合物为原料，将钒源化合物、磷源化合物和锂源化合物按钒、磷、锂元素摩尔比为2∶3∶3的比例混合，将此混合物在室温下混合均匀，接着加入还原剂，然后进行机械活化，活化时间控制在0.5～20小时之间，还原剂与铁源化合物的摩尔比控制在1∶1～10∶1之间，在常温常压条件下，用该还原剂将高价钒还原并制备出颗粒细小的无定型Li₃V₂(PO₄)₃，然后在非氧化性气氛中加热到500～700℃，并恒温煅烧2～20小时，制得晶态的磷酸钒锂粉末。

以上所述的所述高价钒源化合物，选择五氧化二钒、二氧化钒、偏钒酸氨、碳酸钒、四氯化钒中的一种。所述磷源化合物，选择磷酸二氢氨、磷酸氢二氨、磷酸三氨、磷酸、五氧化二磷和三氧化二磷中的一种。所述锂源化合物，选择碳酸锂、甲酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、氟化锂、碘化锂、氧化锂、溴化锂和氯化锂中的一种。所述还原剂选择抗坏血酸、乙二酸、己二酸、丙二酸、苦杏仁酸、苹果酸、乳酸、柠檬酸、甲醛、乙醛、正丁醛、异丁醛、四乙基乙二醇、异丙醇、乙二醇中的一种。所述非氧化性气体选择氩气、氦气、氖气、氮气、氢气中的一种。

采用上述方法合成的磷酸钒锂颗粒细小并且粒径分布均匀，电子导电性明显得到提高，具有良好的充放电性能；本发明提供的常温还原嵌锂-低温热处理制备锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃的方法与现有的制备方法相比，其优点具体表现在如下方面：

1)以高价钒源化合物为钒源，大大降低了合成条件和原材料的成本。

2)在常温常压下，利用还原剂直接将高价钒还原并合成出颗粒细小性质稳定的无定型Li₃V₂(PO₄)₃，解决了三价钒离子容易被氧化的问题。

3)采用低温热处理无定型Li₃V₂(PO₄)₃并制备出性能优良的Li₃V₂(PO₄)₃。大大降低了材料合成的能耗，从而降低了合成成本。

4)用这种方法制备出的Li₃V₂(PO₄)₃在常温常压3V～4.5V的电压范围，0.1C放电倍率下放电比容量高达为：131mAh·g^-1，达到理论容量(133mAh·g^-1)的98·5％，50次循环后容量保持率在98％以上；材料具有优良的充放电性能。

综上所述，本发明是一种合成温度低，合成周期短，条件控制简便，合成方法简单，易于实现大规模产业化的制备锂离子电池正极材料磷酸钒锂的方法。

附图说明

图1是实施例1中3号样品的X射线衍射图谱；

图2是实施例1中3号样品的电镜扫描图；