[发明专利]一种提高磷酸氧钒锂正极材料循环性能的材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高磷酸氧钒锂正极材料循环性能的材料制备方法。

背景技术

LiVOPO₄的理论容量达到159mAh/g，结构稳定，放电电压与其它正极活性物质相当（相对于金属锂为3.8-3.9V），但它不像LiFePO₄一样，合成时不一定需要还原气氛。尽管Li₃V₂⁽PO₄)₃在过渡金属磷酸盐中具有最高的理论比容量（197 mAh/g），但它具有3.6、3.7、4.1、4.6V等四个充放电平台，而这些平台的容量在实际应用中难以全部发挥。LiVOPO₄只有一个充放电平台，容量可以得到充分利用。同时，钒的资源非常丰富，我国钒的产量排名世界第三，而且钒的价格也比钴低得多，从材料成本来考虑，在我国研究和开发Li-V系正极材料比LiCoO₂正极材料更具有实际意义。LiVOPO₄的这些优点使其成为LiCoO₂的一个潜在替代者。

文献研究表明，LiVOPO₄作为正极材料应用于锂离子电池的最大瓶颈是LiVOPO₄的电子导电率低以及锂离子在其中扩散系数慢，导致其循环性能不理想。按传统技术一样单纯地将LiVOPO₄与导电助剂混合，难以解决此问题。

我们在专利CN101807691A和CN101841027A中公开了锂位钠掺杂和稀土掺杂的LiVOPO₄的制备方法，但迄今为止，还没有发现通过固体表面包覆锂离子固体电解质改善LiVOPO₄正极材料循环性能的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子固体电解质表面包覆LiVOPO₄正极材料的制备方法，产品显著提高了电极材料的循环性能。

本发明的目的是以如下方式实现的：采用原位表面包覆法按照一定的质量分数将一定量的按照公知方法制备的LiVOPO₄粉末加入到锂离子固体电解质的前驱体溶液中，通过搅拌、蒸干和热处理得到一定量锂离子固体电解质包覆的LiVOPO₄正极材料。

所述的锂离子导体包括具有LISICON 结构、 NASICON 结构、 钙钛矿结构和类石榴石结构的Li₅La₃M₂O₁₂(M = Ta，Nb)电解质。

本发明所指的包覆量是名义包覆量，不代表实际包覆量。本发明所述的锂离子固体电解质包覆量在0-50wt%。

本发明经过原位表面包覆工艺在正极材料表面包覆一层锂离子导电良好的固体电解质，一方面可以提高锂离子在循环过程的扩散系数，从而提高材料的循环性能；另一方面可以减少电解质溶液与电极材料的直接接触，避免电解质溶液与电极材料之间副反应的产生。

采用本发明制备的磷酸氧钒锂作为正极材料的锂离子电池适用于各种移动电子设备或需要移动能源驱动的设备，例如移动电话、笔记本电脑、便携式照相机、电动自行车、电动汽车、混合电动汽车以及储能设备等。

具体实施方式：

实施例1

将化学计量比混合均匀的Li(CH₃COO)·2H₂O（0.133g）与Al(NO₃)₃·9H₂O（0.325g）加入50mL乙二醇甲醚中，待完全溶解后按照一定比例强烈搅拌下加入按照公知方法制备的LiVOPO₄粉末9.5g，然后在此悬浊液中搅拌下加入PO(OC₄H₉)₃（0.349g）和Ti(OC₄H₉)₄ （0.444g）溶液，继续搅拌至近干后置于120℃烘箱中干燥2h，最后在马弗炉中500-700℃煅烧30min-180min，自然冷却，得到表面包覆5wt% Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃的LiVOPO₄粉末。