[发明专利]片状结构锂离子电池正极材料磷酸氧钒锂/碳的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种片状结构锂离子电池正极材料磷酸氧钒锂/碳的制备方法。

背景技术

LiVOPO₄属于磷酸盐聚阴离子正极材料，在V⁴⁺/V⁵⁺氧化还原电对的基础上，通过聚阴离子的诱导效应而具有较高的充放电平台（3.95V vs Li⁺）和较高的理论比容量（159mAh/g），是新一代锂离子动力电池较好的备选材料，而且我国钒资源丰富，因此从生产成本和原料价格考虑，LiVOPO₄正极电池材料具有不可取代的优势。

然而，现有LiVOPO₄是在氧化性气氛下烧结制得，在制备过程中前驱体与氧气反应剧烈，颗粒形貌不易控制，颗粒尺寸分布不均匀，一次颗粒团聚严重，很难得到纳米级的磷酸氧钒锂，同时因为氧化燃烧导致原位包覆碳含量较少而导致电导率偏低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种在不改变材料晶体结构的基础上，获得粒径较小且分布均匀、形貌易控制、具有原位包覆碳且电化学性能优异的片状结构锂离子电池正极材料磷酸氧钒锂/碳的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种片状结构锂离子电池正极材料磷酸氧钒锂/碳的制备方法，包括以下步骤：

（1）将锂源、钒源、磷源以锂离子、钒离子、磷酸根离子的摩尔比1:1:1的比例混合，同时加入锂源摩尔数1.8-2.2倍（优选1.9-2.1倍，更优选2.0倍）的有机碳源作为反应物原料，采用固相法、液相法、溶胶凝胶法、化学还原法或淬冷法合成磷酸钒锂/碳；

（2）将所得磷酸钒锂/碳研磨后，转移至双氧水或臭氧溶液中浸泡2-72h（优选4-24h），所述双氧水中过氧化氢或臭氧溶液中臭氧与磷酸矾锂/碳的摩尔比为1-10:1，然后将浸泡后的产物转移至真空烘箱中进行干燥处理；

（3）将干燥后的粉末在氩气、氮气、氦气、空气或氧气-惰性混合气体等气氛条件下，于200-500℃（优选300-400℃）烧结1-24h（优选2-10h），得到锂离子电池正极材料磷酸氧钒锂/碳。

进一步，步骤（1）中，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂、草酸锂、偏硼酸锂或硝酸锂。

进一步，步骤（1）中，所述钒源为五氧化二钒、偏钒酸铵、钒酸铵、三氧化二钒或草酸氧钒。

进一步，步骤（1）中，所述磷源为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸铵、磷酸或焦磷酸。

进一步，步骤（1）中，所述有机碳源为酒石酸、柠檬酸、草酸、乙二酸、己二酸、丙二酸、抗坏血酸、葡萄糖、蔗糖、环糊精、可溶性淀粉中的一种或几种。

进一步，步骤（2）中，所述双氧水或臭氧溶液的质量浓度为20-70%。

研究表明，在有机碳源存在的情况下在惰性气氛中却极易合成磷酸钒锂（V³⁺），而非磷酸氧钒锂（V⁴⁺），其严重影响磷酸氧钒锂的合成和性能发挥，对此，本发明先采用相应方法合成具有原位包覆碳的磷酸钒锂（V³⁺），进而以氧化物常温后处理氧化其成为磷酸氧钒锂（V⁴⁺）同时保留原位包覆碳，优化其电导率，确保其电化学性能的充分发挥。

本发明采用一种氧化物水溶液常温后处理磷酸矾锂/碳进而制备锂离子电池正极材料磷酸氧钒锂/碳，所得到的材料晶型完整，材料粒径较小且分布均匀、基本呈片状结构，更加有利于电解液的渗透反应，有利于提高材料的离子导电率；同时团聚现象不明显且具有原位包覆碳，从而优化材料的电子导电率。利用氧化物常温后处理使磷酸矾锂/碳成为磷酸氧钒锂（V⁴⁺），同时保留原位包覆碳，进而优化材料的电导率，确保其电化学性能的充分发挥。

此外，本发明具有能耗少，简单易行，无三废排放等优点。

附图说明

图1 为实施例1所得样品的XRD图；

图2 为实施例1所得样品的SEM衍射图；                         

图3 为实例例1所得样品的0.1C首次充放电曲线。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1