[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

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别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

自上个世纪九十年代以来，锂离子电池的研究和应用得到了飞速的发展。由于其具有工作电压高、容量高、循环性能良好和安全性好等优点，应用领域越来越广泛。

正极材料是锂离子电池研究的关键部分之一，也是制约锂离子电池发展的瓶颈。锂离子电池不仅要求正极材料具有高的比容量、较好的充放电性能和循环性能，而且其价格也是不能忽视的一个重要因素。传统的锂离子电池正极材料集中于锂的过渡金属氧化物，如LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄等。其中，LiCoO₂是目前工业上应用最广泛的锂离子电池正极材料，但其成本高、Co资源贫乏、毒性大、耐过充性能差；LiNiO₂制备困难、热稳定性差；LiMn₂O₄资源丰富、价格便宜、无毒，但其比容量较低，高温稳定性和循环稳定性较差。因此，寻找安全、性价比高的锂离子电池正极材料已是当今一个重要的研究课题。截至目前的研究表明，橄榄石结构LiFePO₄和单斜结构Li₃V₂(PO₄)₃具有价格低、环境友好、容量高等特点，是可能替代LiCoO₂的最有前途的正极材料。其中Li₃V₂(PO₄)₃的优势更加明显，研究发现其具有与LiCoO₂同样的放电平台和能量密度，而且热稳定性、安全性远远优于LiCoO₂。另外，与LiFePO₄相比，单斜晶系的Li₃V₂(PO₄)₃还具有更高的锂离子扩散系数和更高的放电电压(3.61V，3.69，4.1V和4.6V)。此外，在我国，特别是攀枝花地区有十分丰富的钒矿资源，炼铁后的铁矿渣中也含有大量的钒，所以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，发展新型锂离子电池正极材料Li₃V₂(PO₄)₃具有重要的理论价值和现实意义。因此，Li₃V₂(PO₄)₃被认为是最有希望的新型锂离子电池正极材料之一，在大容量锂离子电池研发方面具有潜在的应用前景。但是不可否认的是现在磷酸钒锂的固相生产温度较高，且炭包覆均匀性有待于更进一步提高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备方法，该方法操作简便、易于控制、成本低廉。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，将偏钒酸铵和磷源化合物按化学计量比混合溶解后加入二者总质量1～33%的碳源，之后超声分散，再放入水热釜中反应；

步骤二，待反应结束后，将产物在真空干燥箱中真空干燥得到粉末状混合前驱体；

步骤三，将粉末状混合前躯体与锂源化合物混合球磨3～5小时；

步骤四，将球磨后的混合物压片，然后放入热处理设备中，在惰性气流保护下进行加热处理，然后降至常温得到Li₃V₂(PO₄)₃/C材料。

所述步骤一中V:P摩尔比为(1.95-2.05):3，超声分散10～60min，水热釜中60～240℃反应4-48小时。

所述步骤二中是在80～140℃下真空干燥10～20小时。

所述步骤三中Li：V:P摩尔比为(2.95-3.05):(1.95-2.05):3。