[发明专利]溶胶-凝胶法制备钛掺杂的磷酸钒锂锂离子电池正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶胶-凝胶法制备钛掺杂的磷酸钒锂锂离子电池正极材料。

背景技术

Li₃V₂(PO₄)₃材料具有可逆性能好，原材料丰富、比容量高(理论容量为197mAh/g)等优点。但它具有以下缺点阻碍了它的实际应用：(1)合成中V3⁺易氧化成V⁵⁺，不易得到单相的Li₃V₂(PO₄)₃(2)锂离子在Li₃V₂(PO₄)₃中扩散困难，导致活性材料的利用率低；(3)Li₃V₂(PO₄)₃本身的电导率也很低，导致它大电流放电性能差。现有的研究通过以下几方面来提高Li₃V₂(PO₄)₃的性能：(1)采用惰性气氛来保护V³⁺；(2)合成小粒径的Li₃V₂(PO₄)₃提高锂离子的扩散能力；(3)加导电剂来提高电导率。目前文献报道合成Li₃V₂(PO₄)₃材料主要采用氢气还原法和高温碳热还原法。氢气还原法由于采用纯H₂作为还原剂，在实验操作时由于H₂的易燃易爆性质而非常危险，不利于工业化生产。而且所合成材料粒径的分布不均匀、且导电性能低等缺点。高温碳热还原法由于需要的反应温度比较高，因而所合成的材料粒径分布不均匀、导电性能和循环性能不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用新型溶胶-凝胶方法制备钛掺杂的磷酸钒锂锂离子电池正极材料。以解决磷酸钒锂材料衰减性能快等问题、同时掺杂后的样品粒径分布均匀、细小、电导率提高、降低烧结温度，降低成本，提高了样品的电化学性能，简化了工艺，使之易于工业化的目的。

本发明的技术方案包括以下步骤：

将偏钒酸铵、锂盐、磷酸盐和金属酯类按摩尔比为2-2.2∶3-3.3∶3-3.3∶0.10-0.25混合均匀后，在惰性气体的保护下于400℃-700℃烧结5-20h，冷却后即为成品Li₃V₂(PO₄)₃。

所述锂盐为醋酸锂、氯化锂、硝酸锂和氟化锂中的一种。

所述磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸钾和磷酸钠中的一种。

所述金属酯类为钛酸四丁酯和钛酸异丙酯中的一种。

所述的惰性气体为氮气和氩气中的一种。

本发明直接使用五价钒作原料，解决了钒离子容易氧化问题；降低了烧结温度，可以有效地抑制样品晶粒的过分长大，使所合成材料粒径分布均匀、细小、钛掺杂后提高了样品的电导率；合成温度400-700℃之间可调，可得到不同粒度的材料；方法简单方便、易于控制；样品的充放电性能和循环性能提高，降低了成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的3号样品Li₃V₂(PO₄)₃的XRD图。

图2为本发明实施例1的3号样品Li₃V₂(PO₄)₃的SEM图。

图3为本发明实施例1的3号样品Li₃V₂(PO₄)₃的首次充放电曲线。

图4为本发明实施例1的3号样品Li₃V₂(PO₄)₃的循环性能曲线。

具体实施方式

实施例1：