[发明专利]一种固相反应方法制备Li3VO4负极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一类新型锂离子电池负极材料，特别涉及一种Li₃VO₄的制备方法及其储锂特性，属于电化学电源领域。 

背景技术

锂离子电池是继镍镉电池、镍氢电池之后的第三代小型蓄电池，具有工作电压高、比能量大、放电电位曲线平稳、自放电小、循环寿命长、低温性能好、无记忆、无污染等优点，能够满足便携式电子产品小型化、轻量化、无污染的要求。目前锂离子电池已广泛应用于移动通讯、笔记本电脑等电子产品中，但作为如电动交通工具、人造卫星、野战通讯等移动设备的电源，还需要进一步提高电池的比能量及功率。研发高比能量、高功率锂离子电池的关键在于设计并制备出高容量、高倍率性能的电极材料。目前，正极材料一般是含锂过渡族金属氧化物（LiCoO₂, LiFePO₄，LiN_1-y-zMn_yCo_zO_z等），在现有正极材料结构基础上大幅度提高正极材料比容量的可能性不大，进一步提高锂离子电池容量只能依赖负极材料容量的大幅提高。传统的石墨负极材料密度较低，体积容量较低，因此，研发新型锂离子电池负极材料成为了影响锂离子电池发展的一个关键因素。三元锂、钒化合物体系作为锂离子电池电极材料显示了良好的电化学性能，因而受到了较为广泛的研究和关注。其中，Li₃VO₄是一种相对分子量较小的三元锂、钒氧化物，用作锂离子电池电极材料有望显示较高的理论容量，目前，关于其电化学性能的研究尚未见报道。基于以上研究背景，本专利涉及发明一种简单方法制备新型三元化合物Li₃VO₄材料，以其作为锂离子电池负极显示了优异的循环稳定性能。 

发明内容

本发明的目的以五氧化二钒和碳酸锂为前躯体制备出新型锂离子电池负极材料Li₃VO₄。其原理利用了高温加热为反应原料提供反应能量，使反应原料逐渐发生固相反应，最终得到结晶性能良好的Li₃VO₄。 

本发明所涉及的Li₃VO₄合成原料为五氧化二钒和碳酸锂，在固相反应过程中发生的反应为： 

V₂O₅ + 3Li₂CO₃ → 2Li₃VO₄ + 3CO₂↑                          (1)

材料制备过程中，先将五氧化二钒和碳酸锂按摩尔比1:2-5称取混合，球磨1小时后放置到加热容器中，在空气条件下加热到400~700℃反应1~10小时，自然冷却可得到Li₃VO₄样品。

本发明所涉及的Li₃VO₄负极材料及制备方法具有以下几个显著的特点： 

（1）       Li₃VO₄首次充、放电容量分别为1002、739mAh/g，50次循环后充、放电容量分别为639、643 mAh/g；

（2）       合成工艺简单，易于操作，材料制备成本低；

（3）       所得样品纯度高，结晶性能良好；

（4）       所制备材料容量高，循环性能优异；

（5）       Li₃VO₄颗粒平均粒径为5 um，颗粒由大量尺寸约为300nm的小颗粒构成。

附图说明：

图1实施例1所制备Li₃VO₄ 的XRD图谱；

图2实施例1的SEM图；

图3实施例1的首次放电曲线(a)和循环性能图(b)，其中电流密度0.1 mA cm^-2。

具体实施方式：

实施例1