[发明专利]一种碳包覆磷酸钒锂柔性电极的制备方法

说明书

本发明涉及一种碳包覆磷酸钒锂(LVP)柔性电极的制备方法，将乙酰丙酮氧钒、醋酸锂、磷酸溶于氮氮二甲基甲酰胺溶剂中，充分溶解后加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌得到绿色粘稠透明溶液，通过静电纺丝设备制得前驱布，将前驱布干燥后在惰性气体保护下加热处理，制备得到碳包覆磷酸钒锂柔性电极。与现有技术相比，本发明制得的柔性碳包覆LVP柔性电极结构为：碳纤维上均匀的分布着碳包覆的LVP纳米球，因而具有出色的倍率性能；且该柔性LVP电极可直接作为电极片，无需添加粘结剂、导电剂，也不需要集流体担载活性物质，因而具有较高的能量密度。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极制备领域，尤其是涉及一种碳包覆磷酸钒锂柔性电极的制备方法。

背景技术

与传统正极材料磷酸铁锂相比，快离子导体型磷酸钒锂具有更高的电压平台，更快的离子扩散系数和更优异的高低温耐受力，被视为最有潜力的锂电正极材料之一。纳米级磷酸钒锂具有更高的锂离子扩散系数，更大的有效接触面积以及更优异的循环稳定性。同时，柔性电极设计可以使得制备过程无需添加粘结剂，导电剂且不需要集流体，有效地增大了电极的能量密度，降低了电池的重量。

一般磷酸钒锂可以在高温惰性还原气体条件下通过煅烧磷酸钒锂的前驱物合成。例如，1.将碳酸锂，五氧化二钒，磷酸二氢铵按一定比例研磨后，在800℃氢气氩气混合气氛下煅烧8-24小时，即可获得纯相磷酸钒锂。2.随着时间的推移，现在可以将醋酸锂，磷酸二氢铵，偏钒酸铵溶于含草酸溶液，使钒离子在溶液中从五价直接变为三价。干燥溶液后获得的磷酸钒锂前驱体可直接在氮气气氛下煅烧，而不需要还原性气氛。3.水热法亦可作为一种有效手段来合成纳米结构LVP，将LVP前驱溶液与表面活性剂混合，倒入特氟龙内衬并锁入钢釜中，在200℃下保温24小时后，离心出沉淀并在惰性气氛下煅烧得到纳米级LVP。其他也有微波辅助法、硬模板法等合成纳米LVP。上述制备纳米LVP的方法虽各有特色，但是大多数合成出的LVP为粉末状，需要经过进一步涂片出才可用作电极。常规制备LVP电极时需要将合成好的LVP粉末与粘结剂，导电剂和氮氮二甲基甲酰胺溶液混合在一起搅浆，涂在铜或铝的集流体上，干燥后方能组装电池。然而，电极片中的导电剂，粘结剂以及集流体，都无法提供容量，换言之，这些物质的存在将降低整个电极的能量密度。目前锂电池发展的瓶颈在于电池的能量密度较低，难以满足大型设备，如电动汽车的需求。

静电纺丝制备三维网络结构磷酸钒锂正极材料也有报道，需在磷酸钒锂溶胶纺丝液中加入硝酸镍或醋酸镍，并加入聚丙烯腈-N,N-二甲基甲酰胺；经纺丝，预氧化、N₂气氛热处理得到磷酸钒锂正极材料。其结构特征主要由磷酸钒锂单晶纳米线和磷酸钒锂纳米纤维交叉组成，但由于磷酸钒锂表面缺少碳包覆，材料倍率性能不理想。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种碳包覆磷酸钒锂柔性电极的制备方法，可直接用于电池组装，无需粘结剂，导电剂以及集流体。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种碳包覆磷酸钒锂柔性电极的制备方法，将乙酰丙酮氧钒、醋酸锂、磷酸溶于氮氮二甲基甲酰胺溶剂中，充分溶解后加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌得到绿色粘稠透明溶液；通过静电纺丝设备制得前驱布，将前驱布干燥后在惰性气体保护下加热处理，制备得到碳包覆磷酸钒锂柔性电极，具体采用以下步骤：

1)将乙酰丙酮氧钒、醋酸锂、磷酸溶于氮氮二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌均匀后继续加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌得到绿色粘稠透明溶液；

2)将的制得的溶液用注射器抽满，置于静电纺丝设备的蠕动泵上，通过静电纺丝设备制得前驱布；

3)将得到的前驱布置于真空干燥箱中进行干燥处理；

4)将干燥后的前驱布置于管式炉中，在氮气气氛下升温处理，得到碳包覆磷酸钒锂柔性电极。

所述乙酰丙酮氧钒、醋酸锂、磷酸的摩尔比为2:3:3。