[发明专利]一种二次碳源调控制备高性能LiVPO4

说明书

一种二次碳源调控制备高性能LiVPO₄F电池材料的方法，一、将钒源、磷源和一次碳源按照摩尔比1:1:(0～1.5)混合均匀，在500～900℃保护性气氛下热处理0.1～8h，粉碎研磨过筛；二、步骤一产物按照摩尔比1.01:1.02:(0～1)再加入锂源、氟源和二次碳源，混合均匀，在500～900℃保护性气氛下烧结0.1～8h，粉碎研磨过筛后得到目标材料粉末高性能LiVPO₄F；本发明工艺简单、操作简便、成本低廉，适合规模化推广、生产和应用，有利于制造高性能的可充锂电池，并促进它们在电子设备、电动汽车和电站储能等领域的广泛深入应用。

技术领域

本发明涉及锂电池正极材料技术领域，特别涉及一种二次碳源调控制备高性能LiVPO₄F电池材料的方法。

背景技术

面对全球日渐短缺的能源危机和日益严峻的环境污染，可充电锂电池在高效环保能源存储领域展示出巨大的技术潜力和广阔的市场前景。作为一种绿色电源，相比电容器、铅酸电池和燃料电池等其它电能存储装置，可充电锂电池兼具能量密度高、充放电速度快、循环寿命长、能量转换效率高、安全性好、使用温度范围宽、自放电率低和价格便宜等优点，在便携式电子设备、电动工具、电动交通(含电动汽车和电动自行车)、医疗健康、航天航空、军事国防、智能电网和电站储能等领域具有广阔的应用前景，对于节约高效使用能源和促进环境保护具有重要的战略意义【Nature Energy,2017,2(8),17108； Nature ReviewsMaterials,2016,1(4),16013；Nature Chemistry,2015,7 (1),19-29；Energy ScienceEngineering,2015,3(5),385-418.】。

可充电锂电池主要由正极、负极、隔膜、电解质和外壳等部分组成。其中，正极作为锂离子的来源和载体，对电池的整体性能和价格成本起着决定性作用【Materials Today,2016,19(2),109-123；Chemical Society Reviews,2014,43(1),185-204；ChemicalReviews,2004,104 (10),4271-4301.】。聚阴离子型LiVPO₄F是一种近年才提出的新型正极材料，具有工作电位高(4.2V，vs.Li/Li⁺，下同)、理论比容量高 (156mAh/g)和能量密度高(667Wh/Kg)等优点【Advanced Materials, 2017,29(44),1701972；化工新型材料,2014,42(9),1-3；Journal of the Electrochemical Society,2003,150(10),A1394-A1398】。更重要的是，由于F^-与PO₄^3-的相互作用，LiVPO₄F的晶体结构也更加稳定，其热力学稳定性比LiFePO₄还要优异【Journal of Power Sources,2015,273, 1250-1255；ElectrochemistryCommunications,2009,11(3),589-591】，是目前已报道的安全性最好的可充电锂电池正极材料。因此， LiVPO₄F被视为LiFePO₄的升级换代材料，在先进可充锂电池特别是动力电池领域具有巨大的市场潜力。此外，我国钒资源储量位居世界前列，开发、生产和利用LiVPO₄F正极材料具有得天独厚的自然条件和成本优势。