[发明专利]一种锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池制造技术领域，尤其涉及一种锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备方法。

背景技术

锂离子电池是新一代的绿色高能电池，其有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等众多优点。目前，锂离子电池的应用领域不断扩大，已成为对国计民生具有重要意义的高新技术产品的重要部分。

正极材料在很大程度上决定了锂离子电池的性能，因而一直是国内外锂离子电池界的研究热点。绝大部分研究工作集中在第四周期Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni6种可变价过渡金属元素的嵌锂化合物上。第一代正极材料为金属硫化物，如TiS₂、MoS₂等。第二代正极材料为锂-过渡金属复合氧化物，以LiCoO₂为代表，包括LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、LiV₃O₈、LiNi_xCo_1xO₂、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂及各种衍生物。第三代正极材料是以LiFePO₄为代表的聚阴离子型化合物材料。与锂-过渡金属复合氧化物材料相比，聚阴离子型化合物正极材料普遍具有晶体结构稳定，热稳定性好，安全性能优异等突出优点，可应用于动力型和储能型锂离子电池。

V是价态丰富的过渡金属元素，化学性质活泼多样。既可以与锂和磷酸根等结合生成聚阴离子型化合物，还可先与氧结合，再以钒氧离子的形式与锂和磷酸根等结合。与其他过渡金属相比，钒的聚阴离子型化合物电池材料具有很大的研究空间。而且在我国，特别是攀枝花地区有十分丰富的钒矿资源，炼铁后的铁矿渣中含有大量的钒，很有必要进行钒资源的综合利用。根据我国的钒资源情况和国情，开展新型锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃的研究具有重要意义。

作为新一代锂离子电池正极材料，磷酸钒锂（Li₃V₂(PO₄)₃）具有热稳定性好，充放电电压大，放电比容量高及安全性能优异等特点，已日渐成为学者们研究的热点。Li₃V₂(PO₄)₃具有两种晶体结构，一种是单斜晶系，另一种是斜方晶系。由于单斜结构的Li₃V₂(PO₄)₃的电化学性能远优于斜方结构的Li₃V₂(PO₄)₃，目前对磷酸钒锂的研究主要集中在单斜结构的Li₃V₂(PO₄)₃。单斜结构的Li₃V₂(PO₄)₃每一单位单元可以可逆脱嵌/嵌入3个Li⁺，是目前所发现的磷酸盐锂离子正极材料中具有最高的容量(197mAh/g)。我国有丰富的钒矿资源，尽管资源没有铁丰富，但钢铁冶炼渣中存在含量比较高的钒。因此从经济和环境角度来看，Li₃V₂(PO₄)₃锂电池正极材料的开发具有非常大的意义和价值。