[发明专利]锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂-氟磷酸钒锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其是涉及一种锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂-氟磷酸钒锂的制备方法。

背景技术

磷酸亚铁锂（LiFePO₄）、氟磷酸钒锂（LiVPO₄F）都是新型锂离子电池正极材料，属磷酸盐系正极材料。LiFePO₄具有较高的放电比容量（176mAh/g）和平稳的放电平台（3.4Vvs Li⁺），而且原料廉价易得，目前已经商业化应用。但其较低的电子电导率和离子电导率大大限制其在大倍率放电时的放电比容量和循环稳定性。氟磷酸钒锂通过VO₄F₂八面体与PO₄四面体组成空间三维网络结构，有两个结晶位置锂离子可以嵌入，因此具有优异的充放电性能和高倍率性能。氟具有很强的电负性，它与钒离子相连形成强烈的V-F键，与锂相连形成Li-F键，在锂离子脱嵌过程中提供稳定的可逆结构，同时氟的加入可以减少电解液对电极材料的表面侵蚀，使材料具有较好的循环稳定性，然而其放电理论比容量较低（156mAh/g），实际比容量更低，而且其常规两步合成（CN 103840157 A）的工艺繁琐，也容易引入磷酸钒锂等杂质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种电化学性能优异、合成方法较简单的锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂-氟磷酸钒锂的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：锂离子电池正极材料磷酸亚铁锂-氟磷酸钒锂的制备方法，包括以下步骤：

（1）将含铁元素的铁源溶液和含钒元素的钒源溶液，按铁元素与钒元素的摩尔比为1:1，同时加入到反应器中，并控制反应器搅拌速度为100—400rpm，用氨水调节溶液pH 为4—7，反应2－4小时，生成非晶态钒酸铁沉淀，固液分离；

   （2）将步骤（1）所得非晶态钒酸铁沉淀在空气中400—650℃（优选500－600℃）烧结6－8h，得到结晶态钒酸铁前驱体；

   （3）将步骤（2）所得结晶态钒酸铁前驱体与锂源、氟源、磷源和碳源按照钒酸铁中铁元素、锂元素、氟元素、磷元素和碳元素的摩尔比1:2:1:2:1—5混合均匀；

   （4）将经步骤（3）处理的混合物经研磨、压片后置于管式烧结炉中，于非氧化气氛下600℃-800℃（优选650℃-750℃）烧结4-20h（优选6-15h），冷却到室温，得到磷酸亚铁锂-氟磷酸钒锂复合正极材料。

进一步，步骤（1）中，所述铁源为硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、氯化铁、草酸亚铁中的一种。

进一步，步骤（1）中，所述钒源为偏钒酸铵、钒酸铵、钒酸钠、钒酸钾、硫酸氧钒、草酸氧钒中的一种。

进一步，步骤（3）中，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、氟化锂、磷酸二氢锂、乙酸锂中的一种。

进一步，步骤（3）中，所述氟源为氟化铵、氟化锂、氟化钠中的一种。

进一步，步骤（3）中，所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸、焦磷酸中的一种。

进一步，步骤（3）中，所述碳源为草酸、葡萄糖、柠檬酸、抗坏血酸、蔗糖中的一种。

进一步，步骤（4）中，所述非氧化气氛为为氩气、氮气、氦气中的一种。

本发明将磷酸亚铁锂、氟磷酸钒锂两种具有不同优点、性能差异的材料进行复合，充分利用磷酸亚铁锂的高比容量和氟磷酸钒锂的快速锂离子通道、相对较高的电子电导率以及良好的循环稳定性，形成具有优势互补的复合材料，而且复合材料可以通过各组元间的协同作用而产生多种复合效应，通过调控复合材料的可变结构参数，利用其复合效应可以使材料在物理功能、化学和力学性能等方面获得最佳的整体性能。

本发明利用共沉淀法制备获得了具有纳米尺寸的钒酸铁，然后利用钒酸铁与锂源、氟源、碳源合成了磷酸亚铁锂-氟磷酸钒锂正极复合材料。该正极复合材料，把磷酸亚铁锂的高比容量和氟磷酸钒锂的快速锂离子通道与相对较高的电子电导率以及良好的循环稳定性相结合形成新型正极复合材料，该复合正极材料电化学性能优异。

附图说明                     

图1 为本发明实施例1中所得正极材料组装电池的0.1C、1C、5C首次充放电曲线；

图2 为本发明实施例1中所得正极材料组装电池的电化学倍率性能的循环图；

图3 为本发明实施例1中所得正极材料组装电池的循环伏安图。

具体实施方式