[发明专利]一种采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备磷酸钒锂的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于电极材料技术领域。更具体地，本发明涉及一种采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备磷酸钒锂的方法。

【背景技术】

近年来，能源危机和环境污染问题日益突出，迫使人们加快开发新能源的步伐。锂离子电池因具有比能量高、无记忆效应、绿色环保等优点，目前已广泛用于便携电子产品和电动工具上，在动力电池和混合动力电池方面也有着巨大的应用前景。国家“十二五”规划把新能源汽车纳入了重点发展对象之一，届时对动力电池的需求量将大大增加。锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料，因此研究正极材料是发展动力电池的关键。磷酸钒锂正极材料具有理论容量较高（197mAh·g^-1），工作电压高（平均放电电压3.9V），高倍率性能优异、安全性能好等优点，越来越受到业内人士的关注，是比较有前景的锂离子动力电池正极材料之一。而且中国钒资源丰富，特别是四川攀枝花地区有着丰富的钒矿资源，炼铁后得到大量的钒渣，约20-25万吨/年，很有必要进行钒资源的综合利用。因此，合成锂离子电池正极材料磷酸钒锂，将具有重大的社会意义和经济效益。

但磷酸钒锂的电子电导率低、锂离子扩散速率较慢阻碍了其实际应用。目前主要通过以下方法来进行改善：（1）表面包覆碳以提高其电导率，例如陈红等人在“锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃的制备及性能研究”，《电化学》，16（1），p25-29（2010）中公开了在表面用碳包覆的Li₃V₂(PO₄)₃材料，这种材料的电荷转移电阻与循环性能都明显低于纯Li₃V₂(PO₄)₃晶体；（2）掺杂金属元素以提高其本征电导率，例如唐艳等人在“金属元素掺杂Li₃V₂(PO₄)₃正极材料的研究进展”，《材料导报A：综述篇》，26（2），p154-158(2012)中指出，目前Li₃V₂(PO₄)₃掺杂改性报道较多，但研究还不成熟；（3）减小材料的粒径以缩短锂离子的扩散路径从而减小锂离子在材料颗粒中的扩散时间。在这些改善方法中，将表面包覆碳与缩小材料粒径相结合对材料的电化学性能改善最为明显。

磷酸钒锂合成方法主要有固相法、溶胶-凝胶法等，例如刘民忠等人在博士论文“锂离子电池正极材料Li₃V₂（PO₄）₃的制备及性能研究”中描述了采用高温碳热还原法、低温碳热还原法、溶胶-凝胶法合成纯的和掺杂的Li₃V₂(PO₄)₃正极材料，利用XRD、SEM等技术对合成产物的微观结构及形貌进行了分析，并采用恒电流充放电、恒电压充放电、循环伏安(CV)等技术测试了材料的电化学性能。戴长松等人在“Li₃V₂(PO₄)₃的溶胶-凝胶合成及其性能研究”，《无机化学学报》，24（3），p381-387(2008)中描述了采用溶胶-凝胶法合成Li₃V₂(PO₄)₃。固相法操作简单，但制备的材料颗粒较大，分布不均匀，循环稳定性以及倍率性能较差；溶胶-凝胶法原料能够在分子水平上进行混合，所制备的材料煅烧温度低，纯度高，但得到的材料形貌不规则，且容易团聚。自蔓延燃烧技术是利用反应物之间高化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术。溶胶-凝胶法和自蔓延燃烧法相结合可以避免溶胶-凝胶法的缺点，又发扬了自蔓延和溶胶-凝胶法的优点，是制备纳米材料的一种方便实用的新方法。但是，到目前为止还没有见到采用自蔓延和溶胶-凝胶法制备Li₃V₂(PO₄)₃的报道。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备磷酸钒锂的方法。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备磷酸钒锂的方法。