[发明专利]一种复合锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C及其制备方法

说明书

本发明提供一种中间液相引碳的方法来制备碳复合磷酸钒锂正极材料，具体步骤是称取锂源、钒源于小烧杯中，添加去离子水，搅拌20min至其完全溶解，将其转移至水热内胆中，添加去离子水至内胆体积的80%，在120~160℃的鼓风烘箱中水热24~36h。称取磷源及有机碳源于烧杯中，加入去离子水，搅拌20min至其完全溶解，之后将自然冷却后的中间相液体缓慢滴加到溶有磷源和有机碳源的烧杯中，搅拌20min至溶液变成橙黄色。之后将液相的前驱体在65℃的鼓风烘箱中烘24~36h至其完全干燥。将所得的抹绿色前驱体粉末在氮气气氛下350℃预烧4~6h，在700~800℃下煅烧6~10h，自然冷却后得到Li₃V₂(PO₄)₃/C复合材料，以其作为锂离子电池正极材料显示出较好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一类高性能的锂离子电池正极材料，特别涉及一种Li₃V₂(PO₄)₃/C复合材料的制备方法，属于电化学电源领域。

技术背景

锂离子电池凭着其所具有的高比能量、低自放电、长寿命、无记忆效应、对环境友好等优点，目前已经广泛地应用于便携式电子产品、混合动力汽车、纯动力汽车以及大型储能器件中，在目前的储能市场中占主导地位。随着锂离子电池的大量应用，市场对锂离子电池的性能提出了更高的要求。

电极材料作为锂离子电池的核心和关键技术，决定了锂离子电池综合性能的好坏。而在锂离子电池的四大部件中，正极材料所占成本最高，为30%~40%。因此，正极材料的开发对降低电池成本，改善电池的电化学性能起关键作用。目前，广泛应用的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及三元材料。其中，钴酸锂不易制备、安全性差、有毒且价格昂贵。锰酸锂安全性较好，但容量较低且存在john-Teller效应，循环稳定性差。磷酸铁锂安全性高，循环稳定性较好且循环寿命长，但是其能量密度较低，低温性能较差且放电平台较低。三元材料能量密度较高，循环稳定性好，但是首次充、放电的效率不高，热稳定性不好，易发生相变，因此有待进一步研究。

与其他的锂离子正极材料相比，Li₃V₂(PO₄)₃材料有着较高的充、放电平台和可逆容量（电压在3-4.3V时理论容量为133mAh g^-1，电压在3-4.8V时理论容量为197mAh g^-1）。Li₃V₂(PO₄)₃作为一种聚阴离子型化合物，具有较好的热稳定性，成本较低、循环寿命长。基于以上研究，Li₃V₂(PO₄)₃成了近年来具有应用潜力的锂离子电池正极材料。

发明内容

本发明提供了一种Li₃V₂(PO₄)₃/C的制备工艺。在中间相液体中引入碳源，利用烘干过程中中间相液体结晶诱导有机碳源分子在其表面吸附，在随后固相反应中，Li₃V₂(PO₄)₃形成的同时，有机碳源分子沿Li₃V₂(PO₄)₃表面原位炭化。一方面，这有利于Li₃V₂(PO₄)₃与C在微观尺度均匀复合，显著提升材料导电性；另一方面，C能够有效抑制Li₃V₂(PO₄)₃晶粒长大，保证高锂离子扩散效率。最终，所制备的Li₃V₂(PO₄)₃/C作为锂离子电池正极显示出优异的电化学性能。