[发明专利]一种锂离子电池复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其是涉及一种锂离子电池复合正极材料氟磷酸钒锂-焦磷酸钒锂-磷酸钒锂的制备方法。

背景技术

随着电子信息时代的到来，开发高性能二次锂离子电池已经成为当今研究的趋势。在锂离子电池的实际应用中，能量密度和安全性能一直是其重要的考核指标。锂离子电池正极材料作为锂离子电池的关键组成部分，其结构稳定性直接影响着电池的安全性能，其比容量直接决定着电池的能量密度。发展能量密度高、安全性能好的正极材料是目前全球研究的热点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种合成方法简单的锂离子电池复合正极材料的制备方法，所合成的锂离子电池复合正极材料氟磷酸钒锂-焦磷酸钒锂-磷酸钒锂比容量较高，循环性能、倍率性能良好。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种锂离子电池复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

   （1）将锂源、钒源、磷源、氟源按照xLiVPO₄F·yLiVP₂O₇·zLi₃V₂(PO₄)₃（0<x<1, 0<y<1，0<z<1）的比例混合均匀，得混合物；

   （2）将碳源按照碳元素与混合物中钒元素的摩尔比为（1-10:1）的比例，加入步骤（1）所得混合物中，在常温常压下机械活化4-12小时；然后烘干，得到无定形态的复合前躯体混合物；

   （3）将步骤（2）所得无定形态的复合前躯体混合物置于管式烧结炉中，于非氧化气氛下500℃-600℃烧结0.5-8h，然后自然降至室温，即得到锂离子电池复合正极材料xLiVPO₄F·yLiVP₂O₇·zLi₃V₂(PO₄)₃。

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、硝酸锂中的一种或几种。

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、草酸氧钒中的一种或几种。

进一步，步骤（1）中，所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸、焦磷酸中的一种或几种。

进一步，步骤（1）中，所述氟源为氟化钠、氟化锂、氟化铵、氟化钾的一种或几种。

进一步，步骤（2）中，所述碳源为酒石酸、柠檬酸、草酸、乙二酸、己二酸、丙二酸、抗坏血酸中的一种或几种。

进一步，步骤（3）中，所述非氧化气氛为氩气、氮气、氢气、氦气、一氧化碳中的一种。

与传统层状过渡金属氧化物（LiCoO₂，LiNiO₂）和磷酸盐系正极材料(LiFePO₄，LiMnPO₄)相比，焦磷酸钒锂（LiVP₂O₇）正极材料通过两个PO₄^3-相互耦合形成结构更加稳定的P₂O₇^4-而使其具有更好的结构稳定性。磷酸钒锂（Li₃V₂(PO₄)₃）能够提供三维快速锂离子通道，有利于提高材料倍率性能，特别是在大倍率下的充放电性能。氟磷酸钒锂（LiVPO₄F）相比焦磷酸钒锂、磷酸钒锂，具有较高的电子电导率，而且具较大的比容量（156mAh/g），因此能够提供较大的能量密度和较高的电子电导率。

本发明中，焦磷酸钒锂、磷酸钒锂、氟磷酸钒锂同属磷酸盐系正极材料，具有相似的结构框架。为了满足能量密度高、安全性能好的要求，把三种具有不同优点的同系正极材料进行复合，形成新型复合正极材料xLiVPO₄F·yLiVP₂O₇·zLi₃V₂(PO₄)₃，新型复合材料表现出优异的电化学性能。另外，本发明所制得的氟磷酸钒锂-焦磷酸钒锂-磷酸钒锂材料具有较多的充放电平台，多平台的锂离子电池复合正极材料有利于电池的荷电状态（SOC）的控制，能够降低动力电池的成本。