[发明专利]一种同质异构二相磷酸钒锂/磷酸钒钠/碳复合正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种同质异构二相磷酸钒锂/磷酸钒钠/碳复合正极材料及其制备方法与应用，所述磷酸钒锂为单斜相和斜方相并存的同质异构二相磷酸钒锂，所述磷酸钒钠为斜方相磷酸钒钠，所述碳为无定型碳。该方法采用生物模板、表面改性、水热反应和碳热还原技术相结合，制备由单斜与斜方磷酸钒锂、斜方磷酸钒钠及碳相组成的复合材料，颗粒分散性好，颗粒较均匀，具有良好的电化学性能，可作为正极材料用于高性能锂离子电池。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用同质异构二相磷酸钒锂/磷酸钒钠/碳复合正极材料及其制备方法与应用，属于锂离子电池正极材料技术领域。

背景技术

磷酸钒锂与磷酸钒钠同为NASICON结构，其中磷酸钒锂具有单斜和斜方两种晶型，磷酸钒钠为斜方晶型。由于单斜与斜方相中的钒氧八面体和磷酸四面体连接方式不同，导致锂离子或钠离子在晶体结构中的占位不同和脱嵌传输过程不同。单斜磷酸钒锂中的锂离子可以完全可逆脱嵌，其充放电比容量高但循环性能差；而斜方磷酸钒锂只有部分锂离子可逆脱嵌，其充放电比容量低但循环性能好。斜方磷酸钒钠与斜方磷酸钒锂晶体结构相同，其电化学性能特点也类似，斜方磷酸钒钠由于Na原料来源广且成本低也成为锂离子电池正极材料的优选之一。

磷酸钒锂和磷酸钒钠均为低导电性与低离子传导性材料，为提高其导电性和离子传导性，通常采用通过表面包覆等形式引入具有高导电性的碳等物质，如，碳包覆磷酸钒锂、碳包覆磷酸钒钠。目前，作为正极材料的磷酸钒锂多为单斜磷酸钒锂，其粉体分散性及循环稳定性较差，同时纯相磷酸钒锂成本较高，而且锂资源比较有限。

中国专利文献CN102569797A(申请号：201210019392.7)公开了一种新型磷酸盐基正极复合材料及其制备方法和用途，所述材料具有单斜和斜方两种晶格结构，其化学式为A3-xV2-yMy(PO4)3/C，其中A为Li+、Na+或其混合物，所述M为Mg、Al、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，或Nb，0≤x≤3.0，0≤y≤2.0；所述C为碳层；该正极复合材料通过采用钠离子对磷酸钒锂进行掺杂，减少价格昂贵的锂离子的用量，降低磷酸钒锂作为正极材料的经济成本。虽然该材料是单斜磷酸钒锂和斜方磷酸钒钠两种晶格的混合，但其中磷酸钒锂仍为纯相结构，同时该正极材料是采用固相法制得，得到的材料粒径不均匀，分散性差，这些对电化学性能均产生不利影响。

发明内容

针对现有磷酸钒锂正极材料存在的不足，本发明提供一种锂离子电池用同质异构二相磷酸钒锂/磷酸钒钠/碳复合正极材料，该复合正极材料粉体颗粒均匀，分散性好，电化学性能高。

本发明还提供一种同质异构二相磷酸钒锂/磷酸钒钠/碳复合正极材料的制备方法，该方法采用生物模板、表面改性、水热反应和碳热还原技术相结合，最终得到了由单斜相与斜方相磷酸钒锂、斜方相磷酸钒钠及碳组成的复合材料。

术语解释：

同质异构二相磷酸钒锂：是指复合材料中同时存在着单斜和斜方两种晶相的磷酸钒锂。

磷酸钒锂/磷酸钒钠/碳：化学表达式为Li₃V₂(PO₄)₃/Na₃V₂(PO₄)₃/C，是由磷酸钒锂、磷酸钒钠和碳组成的复合材料。

本发明的技术方案如下：