[发明专利]空心球状锂离子电池负极材料磷酸钒/碳的制备方法

说明书

空心球状锂离子电池负极材料磷酸钒/碳的制备方法，包括以下步骤：（1）将钒源加入水中，加热搅拌，再加入磷源，加热搅拌，加入高分子表面活性剂，加热搅拌，得前驱体溶液；（2）喷雾干燥，得磷酸钒/碳材料的前驱体；（3）在惰性气氛下进行热处理，即成。本发明方法所得空心球状磷酸钒/碳中，磷酸钒为纯相，颗粒形貌均匀，为空心球状；其组装的锂离子电池，在0～3V，100 mA/g下，首次放电克容量高达1073.47 mAh/g，库伦效率稳定；首次可逆比容量达551.41 mAh/g，83次循环之后容量保持率为80.0%；本发明方法操作简单，成本低，适宜于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料磷酸钒/碳的制备方法，具体涉及一种空心球状锂离子电池负极材料磷酸钒/碳的制备方法。

背景技术

石油危机迫使人们去寻找新的替代能源。锂离子电池研究始于20世纪80年代，它具有高放电电压、高容量、无记忆效应、体积小和优良的循环性等优点，因而被广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑、电子仪表等众多民用及军事领域。其中，负极材料是影响电池成本和性能的主要因素之一，因此，提高其电化学性能成为众多学者的研究热点。

在众多待选的负极材料中，磷酸钒中含有PO₄^3-离子，其3D框架结构稳定，可以在锂离子脱嵌过程中提供稳定的材料框架，缓解材料的应力，从而提高材料的循环性能。同时钒的多价态也可为材料提供客观的理论容量，且我国钒储量丰富，价格便宜，原材料来源较广。因此，磷酸钒是一个具有很大潜在价值的锂离子电池负极材料。

CN 103872324 A公开了一种花瓣状锂离子电池负极材料VPO₄的制备方法，是通过水热法制备花瓣状磷酸钒材料。但是，水热法制备材料、批次的一致性较差，同时步骤繁琐，难以实现工业化生产。

CN 103864045 A公开了一种孔道形锂离子电池负极材料VPO₄的制备方法，是通过冷冻干燥法制备磷酸钒材料。但是，这种方法制备的磷酸钒材料为块状，其流动性较差，振实密度较低，工业化前景较球形颗粒低。

目前，负极磷酸钒材料的制备主要采用球磨法等方法，但是，制备的磷酸钒材料形貌特征难以控制，不利于后续的加工，同时不均匀的形貌还会对材料的电化学性能产生影响。因此，探索其它高效制备均匀的优异电化学性能的磷酸钒材料迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种所制得的负极材料纯度高，用其组装的锂离子电池比容量高，循环稳定性好，操作简便，成本低，适宜于工业化生产的空心球状锂离子电池负极材料磷酸钒/碳的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：空心球状锂离子电池负极材料磷酸钒/碳的制备方法，包括以下步骤：

（1）将钒源加入水中，加热并持续搅拌，直至溶解，再加入磷源，加热并持续搅拌，直至溶解，最后加入高分子表面活性剂，加热并持续搅拌，直至溶解，得前驱体溶液；

（2）将步骤（1）所得前驱体溶液进行喷雾干燥，得磷酸钒/碳材料的前驱体；

（3）将步骤（2）所得磷酸钒/碳材料的前驱体在惰性气氛下进行热处理，得空心球状锂离子电池负极材料磷酸钒/碳。

优选地，步骤（1）中，所述钒源加入水后，钒元素的浓度为5～50 mmol/L。在所述浓度范围内所得磷酸钒材料性能最佳。

优选地，步骤（1）中，所述钒源中钒元素、磷源中磷元素与高分子表面活性剂的摩尔比为1:1:0.01～0.10。在所述比例下所得的磷酸钒颗粒为空心球，且性能最佳。

优选地，步骤（1）中，所述加热的温度均为40～80℃。在所述温度范围内，钒源、磷源和高分子表面活性剂能均匀的溶解在水中，并且由于高分子表面活性的特性，可生成空心球状的磷酸钒颗粒。