[发明专利]Li3V2（PO4）3纳米晶/导电聚合物锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种Li₃V₂(PO₄)₃纳米晶/导电聚合物(简写为LVP/CP)的无碳锂离子电池正极材料的制备方法，以磷酸钒锂和导电聚合物为主要原材料，采用改进水热法制备了磷酸钒锂纳米晶，磷酸钒锂晶粒纳米效应为制备性能优异的锂离子电池正极材料奠定了基础；并采用微波辅助水热法，自组装合成了核壳结构的Li₃V₂(PO₄)₃/导电聚合物纳米复合材料，效率高，可控性好，所得的导电聚合物包覆层提供快速导电网络通道，使Li₃V₂(PO₄)₃/导电聚合物复合电极材料的电化学性能显著提高，该正极材料组装成电池具有优异的倍率性能和循环稳定性，为制备高能锂离子电池正极材料提供了一种可能。

技术领域

本发明涉及电极材料制备领域，具体涉及一种Li₃V₂(PO₄)₃纳米晶/导电聚合物锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池从小型便携式电子设备到混合动力电动汽车(HEV)和电动汽车(EVs)等领域广泛应用。由于锂离子电池的能量密度主要由插层复合正极决定，因此，具有高理论容量、高工作电压和低成本的正极材料引起研究者们的极大兴趣。在目前所研究的正极材料中，NASICON型单晶Li₃V₂(PO₄)₃由于理论容量高、环境安全和低成本，成为最具前景的电极材料之一。其中，在3.0～4.8V高工作电压下，单晶Li₃V₂(PO₄)₃中三个锂离子可以全部脱出，理论容量达197mAh g^-1。但是，较低的电子电导率(约2.4×10^-7S cm^-1)和较低的锂离子扩散系数(10^-10～10^-9cm²s^-1)导致纯Li₃V₂(PO₄)₃电极电容量相对较低，从而限制了其实际应用。为解决这一缺陷，必须设法提高锂离子及电子档传导率，对材料进行改性。到目前为止，可以有多种方法来克服以上的问题。Li₃V₂(PO₄)₃内部锂离子扩散速率主要由晶体空间结构和晶粒尺寸决定，合成纳米晶粒对离子扩散路程及扩散界面进行调控，从而有效提高离子扩散速率；也可以通过掺杂其他离子(如Mg²⁺，Fe³⁺，Nd³⁺，Na⁺等)在电极上形成连续的导电路径，适当改善电极内在低电导率。此外，表面包覆另一种提高电池性能的可行方法，通过表面化学改性或提供保护层减少活性物质与电解质之间的直接接触，同时提高电极表面电导率。其中，导电碳包覆层可以作为Li₃V₂(PO₄)₃与电解液的隔离层，同时克服Li₃V₂(PO₄)₃低的表面电导率。但碳包覆层不规则的碳颗粒连通性差，导致低电子传输和容量损失。导电聚合物具有优异的导电性和电化学掺杂特性，可作为导电粘结剂，表面功能材料和电极材料，因而在电化学储能领域有广泛的应用价值。最近，导电聚合物用来作为包覆剂以改善电极表面的电子电导率和电化学。康等人报道称，在温和低温条件下可以通过PEDOT包覆有效提高Li₃V₂(PO₄)₃电池性能，实现无碳电极材料。氧化聚合得到包覆层使用电极具有较高功率容量和优异的循环稳定性。然而，在合成过程中Li₃V₂(PO₄)₃在氧化钒离子在颗粒的表面部分脱锂，很难控制Li₃-xV₂(PO₄)₃的组成。因此，开发一种简单有效合成PEDOT包覆Li₃V₂(PO₄)₃成为制备优异倍率性能和循环稳定正极材料的发展方向。