[发明专利]一种多平台锂离子电池复合正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池复合正极材料及其制备方法，尤其是涉及一种多平台锂离子电池复合正极材料xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃·(1-x-y)LiVPO₄F/C及其制备方法。

背景技术

锂离子电池正极材料是锂离子电池中最重要的组元之一，其性能对电池起着决定性的作用，目前市场上的正极材料主要有锂钴氧、镍钴锰三元系及锂锰氧三种。其中, 锂钴氧和镍钴锰三元是主流材料, 但是钴毒性较大, 且钴资源严重稀缺, 价格昂贵；层状的锂锰氧虽然具有200mAh·g^-1以上的比容量, 但是结构稳定性很差，而尖晶石型的锂锰氧比容量很低, 且高温下的结构稳定性有待加强；这些不足之处限制了材料的进一步应用。因此寻找性价比更高的新材料成为研究的重点。以LiFePO₄、Li₃V₂(PO₄)₃ 和LiVPO₄F为代表的磷酸盐因为具有安全环保、成本低廉、结构稳定、电化学性能较好等特点,得到研究工作者的重视。然而一方面由于该类材料的导电性能差，大倍率充放电性能不理想；另一方面LiFePO₄和LiVPO₄F平台过于平坦，其荷电状态不易确定，电池的荷电状态（SOC）难以控制，增加了动力电池的成本，导致这些材料一直未能大规模实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种具有渐变式多电压平台，结构稳定，导电性能优越，倍率性能好，放电比容量高，循环性能优良且制造成本低的多平台锂离子电池复合正极材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所使用的技术方案是：

本发明之多平台锂离子电池复合正极材料，其结构式为xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃·(1-x-y)LiVPO₄F/C；0<x<1，0<y<1，x+y<1。

本发明之多平台锂离子电池复合正极材料，由LiFePO₄、Li₃V₂(PO₄)₃与LiVPO₄F三种材料的前驱体按照摩尔比为x:y:(1-x-y)(0<x<1;0<y<1;x+y<1)混合，经碳源还原剂在常温下将高价钒和铁还原为低价钒和铁，形成一种在常温下性质稳定的无定形态的复合前躯体，然后恒温煅烧生成具有以下结构式的产品：xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃·(1-x-y)LiVPO₄F/C。

本发明之多平台锂离子电池复合正极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将锂源化合物、铁源化合物、钒源化合物、磷源化合物及氟源化合物按LiFePO₄、Li₃V₂(PO₄)₃与LiVPO₄F摩尔比为x:y:(1-x-y)(0<x<1;0<y<1;x+y<1)配料，混合均匀；

(2)按照碳源还原剂摩尔数与钒、铁源化合物中钒与铁的摩尔数之和的比为（1～20）:1加入碳源还原剂；在常温常压下机械活化0.5～20小时；然后在非氧化气氛或真空中（真空干燥的真空度小于267Pa）于60～200℃下烘干2～48小时，得到无定形态的复合前躯体混合物；