[发明专利]锂离子电池正极材料Li9V3(P2O7)3(PO4)2的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及锂离子电池正极材料Li₉V₃(P₂O₇)₃(PO₄)₂的制备方法。

背景技术

锂离子电池的工作电压较高，已经商品化的以钴酸锂作为正极材料的一般单体锂离子电池的工作电压为3.6V，是一般MH-Ni、Cd-Ni电池工作电压的3倍；同时它具有体积小、质量轻、质量与体积比能量高、输出功率较大、循环寿命长、快速充放电、自放电率低、无记忆效应等优点，已被广泛应用于各种便携设备、数码产品和混合动力汽车。

自从SONY公司在1991推出商品化的锂离子电池以来，便掀起了锂离子电池相关材料的研究热潮。锂离子电池本身是一个复杂的物理化学系统，其中使用到多种材料，主要的有正极材料、负极材料、集流体、隔膜和电解质等。随着人们对锂离子电池相关材料的研究，负极材料、集流体、隔膜和电解质已经取得了飞跃式的发展，基本满足了实际应用的需要，而正极材料已成为制约锂离子电池进一步发展的关键。随着各种多媒体便携产品的功能日趋多样化，其对电池的性能要求也日益提升，对电池的质量与体积比容量、输出电压、稳定性、快速充放电能力、循环寿命等提出更高的要求。基于锂离子电池的电动汽车(EV)或混合动力汽车(HEV)也需要高输出功率的锂离子电池。在锂离子电池所涉及的众多材料里，正极材料正是提高电池这些方面性能的极其重要的一环。

1980年，Goodenough研究小组提出了使用层状LiCoO₂作为正极材料的想法，LiCoO₂的开路电压约为TiS₂的两倍，理论能量密度达1.1kWh/kg，它在结构上也比TiS₂稳定，而且这种材料本身就具有锂离子，为后来使用石墨负极提供了可能。这种以LiCoO₂为正极材料、石墨作为负极材料的锂离子电池于1990年由SONY公司率先在市场上推出，标称电压为3.6V，容量约为130mAh/g。它们具有可靠的性能和长的循环寿命，目前仍然是市场上的主流产品。

但是地球钴资源并不丰富，价格昂贵而且具有毒性，同时LiCoO₂不够稳定，在过充和过热时会发生分解放出氧气，可能引起电池的爆炸，这一点在高功率电池上的表现尤为突出。因此，电池界一直在努力寻找可以替代LiCoO₂的材料。

为了解决LiCoO₂毒性和安全性等问题，电池界做了大量的研究。聚阴离子型正极材料是解决安全性的有效方案，以聚阴离子型材料磷酸铁锂(LiFePO₄)为例，由较强的P-O键结合而成的四面体结构将氧离子紧紧地束缚在磷离子的周围，使这种材料具有较好的热稳定性，同时铁对环境友好、便宜，被视为新一代的锂离子电池正极材料。但因其电子和离子电导率差，不适宜大电流充放电，虽然通过掺杂和碳包覆等手段已经大大地提高了其电子电导率，但是由于磷酸铁锂具有一维的锂离子通道，因此制约着其离子电导率。