[发明专利]一种具有多孔泡沫的磷酸钒锂复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有多孔泡沫的磷酸钒锂复合正极材料的制备方法。本发明利用的生物质炭是常见的生物质，来源广泛，价格合理，绿色环保。生物质炭在高温下分解为无定型的碳，不仅包覆在磷酸钒锂的表面，提高磷酸钒锂的导电性，而且还限制了磷酸钒锂粒子的生长。本发明在油浴锅中形成的多孔泡沫‑核心骨架结构的青蛙卵状磷酸钒锂复合正极材料具有多孔道和孔孔联通的特点，这种结构能让电解液很容易的进来，增大了电解液与具有多孔泡沫的磷酸钒锂复合正极材料的接触面积，大大缩短了锂离子的传输路径，提高了锂离子的传输效率，从而获得了良好的电化学性能。本发明的制备方法工艺简单、容易操作、成本较低。

技术领域

本发明涉及电化学材料制备领域，更具体地，涉及一种具有多孔泡沫的磷酸钒锂复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池自上世纪九十年代问世以来，因其高能量密度、良好的循环性能及荷电保护能力被认为是高容量、大功率电池的理想之选。在锂离子电池中，正极材料的使用量很大，这增加了锂离子电池的生产成本。目前，用作锂离子电池正极材料的物质主要是含锂过渡金属氧化物，包括层状结构的LiMO(M＝Co、Ni、Mn)和尖晶石型的LiMn₂O₄。然而，这些材料由于价格(LiCoO₂)、安全性(LiNiO₂)、高温电化学性能(LiMn₂O₄)等原因使它们在高容量电池的应用方面受到诸多制约。因此，寻找新的价格低廉、性能优良的正极材料成为锂离子电池研究的重点。

自Goodenough等首次提出聚阴离子锂电正极材料磷酸铁锂以来，研究者对聚阴离子磷酸盐展开了大量研究，其中最为成功的就是实现了磷酸铁锂正极材料的工业化生产，而人们对磷酸钒锂的研究报道不是很多，目前仍未实现工业化生产。但磷酸钒锂是性能比磷酸铁锂更优异的一种材料：优良的热稳定性，在目前所研究的正极材料中仅稍低于磷酸亚铁锂；高的放电电压和多个放电电压平台，平均放电电压为4.1V，高于磷酸亚铁锂的的3.4V放电电压，而且有3.5V、3.6V、4.1V和4.6V共计4个放电平台；优异的循环稳定性和高的放电容量，理论容量为197mAh/g，高于磷酸亚铁锂170mAh/g的理论容量。因此磷酸钒锂的研究空间很大。

Li₃V₂(PO₄)₃由于其晶体结构的特点，具有较低的电子导电率和锂离子扩散系数，在一定程度上阻碍了其在商业化上的应用。目前，改善磷酸钒锂电化学性能的有效途径主要有碳包覆和高价金属离子掺杂两种方法。碳包覆既能改善磷酸钒锂颗粒间的导电性，又能减小磷酸钒锂颗粒的大小，进而改善磷酸钒锂的宏观电化学性能。但碳包覆也存在如下问题：首先，无定形碳在颗粒之间难以均匀分布，产品性能的稳定性难以保证；其次，无定形碳的加入，使振实密度明显下降，这使得磷酸钒锂性能的改善和振实密度的提高不能有机地统一起来。采用高价金属离子掺杂的方法时，金属离子进入晶格后改善了磷酸钒锂的晶体结构，使其电子导电率得到了本质的提高，从而改善了其宏观电化学性能，但如何使高价金属离子准确地进入磷酸钒锂晶体的入锂位或铁位，是目前较难控制的问题。

如今，像棉花、秸秆等很多生物质都被焚烧、喂猪或被当成垃圾直接丢弃，这不仅造成了资源的巨大浪费，而且还造成了一定的环境污染。现在，很多国家都认识到了生物质碳的无污染、高柱能、可再生等优点，变废为宝。因此用生物质碳作为锂离子正极材料的碳源具有非常光明的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种具有高振实密度的金属离子掺杂并具有多孔泡沫的磷酸钒锂复合正极材料的制备方法，该制备方法工艺简单、操作容易、绿色环保、成本较低。

本发明还提供一种具有多孔泡沫的磷酸钒锂复合正极材料。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种具有多孔泡沫的磷酸钒锂复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：