[发明专利]一种花状结构的磷酸钒锂/碳复合正极材料的制备方法

说明书

本发明具体涉及一种花状结构的磷酸钒锂/碳复合正极材料的制备方法，将可溶性的锂化合物、钒化合物、磷酸盐和柠檬酸按照适当比例加入去离子水中配制溶液，然后加入适量柠檬酸钠，充分搅拌形成透明溶液，将表面有钒化物的基体置于所述透明溶液中，浸渍数天后取出烘干，然后将基体在保护气氛中500~1000℃下煅烧一段时间后取出冷却，然后将煅烧后的基体重复上述步骤数次，其中每次浸渍需重新配制相同的透明溶液，将最后得到的基体在保护气氛下依次进行低温碳化处理和高温合成可得到花状磷酸钒锂碳的复合正极材料。本发明的磷酸钒锂正极材料不仅具有比容量高，循环性能好，倍率性能好等优势，也集聚了成本低，绿色环保等一些优点。

技术领域

本发明属于电池正极复合材料的技术领域，更具体的，涉及一种花状结构的磷酸钒锂/碳复合正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型绿色蓄电池，以其工作电压高、重量轻、比能量大、自放电率小、循环寿命长、无记忆效应、无环境污染等优点，已经在逐步的取代传统的二次电池，成为摄像机、移动电话、笔记本电脑以及便携式测量仪器等小型轻量化电子装置和环保型电动汽车的理想电源。推动锂离子动力电池产业发展，可带动一个庞大的绿色产业集群迅速崛起，对国民经济具有重大战略意义和拉动效应。同时锂离子动力电池属于节能与新能源领域，符合国家政策的发展要求。长期以来，美国支持多个国家实验室和企业一起承担车用锂离子电池的开发工作。欧盟则制定了高比能量蓄电池的发展计划，并不断产生出阶段性成果。日本是锂离子动力电池技术领先的国家，自1990年日本研制成功锂离子电池并投放市场以来，因其独特的性能在国内外形成了一股锂离子电池研究热潮。锂离子电池是当今可充电池中发展非常迅速、应用前景十分广阔的一种高能二次电池。在锂离子电池中，正极材料的使用量很大，这增加了锂离子电池的生产成本。目前，用作锂离子电池正极材料的物质主要是含锂过渡金属氧化物，包括层状结构的LiMO（M=Co、Ni、Mn）和尖晶石型的LiMn₂O₄。然而，这些材料由于价格（LiCoO₂）、安全性（LiNiO₂）、高温电化学性能（LiMn₂O₄）等原因使它们在高容量电池的应用方面受到诸多制约。因此，寻找新的价格低廉、性能优良的正极材料成为锂离子电池研究的重点。

自Goodenough 等首次提出聚阴离子锂电正极材料磷酸铁锂以来，研究者对聚阴离子磷酸盐展开了大量研究，其中最为成功的就是实现了磷酸铁锂正极材料的工业化生产，而人们对磷酸钒锂的研究报道不是很多，目前仍未实现工业化生产。但磷酸钒锂是性能比磷酸铁锂更优异的一种材料，具有以下优点：a、其具有优良的热稳定性，在目前所研究的正极材料中仅稍低于磷酸亚铁锂；b、有高的放电电压和多个放电电压平台，平均放电电压为4.1 V，高于磷酸亚铁锂的的3.4 V放电电压，而且有3.5 V、3.6 V、4.1 V 和4.6 V 4 个放电平台；c、优异的循环稳定性和高的放电容量，理论容量为197 mAh/g，高于磷酸亚铁锂170 mAh/g的理论容量。可以看出，磷酸钒锂的研究空间很大。

目前磷酸钒锂/碳复合材料的合成方法有多种，其常用的方法有：高温固相法，溶胶凝胶法，微波法，水热法。但是高温固相法操作繁琐，成本高，而且得到的材料颗粒较大、不均匀，并且易产生杂质；微波法虽然能耗低，但加热时间和温度不易控制，影响产品性能；水热法浓度不好控制，产品性能受影响；现有的溶胶凝胶法制备的磷酸钒锂颗粒较大，影响产品的充电容量和循环性能。同时，从研究来看，颗粒形貌对磷酸钒锂材料性能具有巨大影响，颗粒均匀、多孔的磷酸钒锂材料具有较大的比表面积能够提高其电化学性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单、环保、结构稳定、循环性能好、生产成本低廉的Li₃V₂（PO₃）₄/C复合正极材料的制备方法。

本发明还提供一种具有花状结构的磷酸钒锂/碳复合正极材料。