[发明专利]一种碳包覆的磷酸钒锂正极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种碳包覆的磷酸钒锂正极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明所述方法为将磷酸二氢铵、五氧化二钒、氢氧化锂、炭黑、加入到甲醇分散的粘度可控的聚乙烯醇缩丁醛溶液中，用球磨机球磨10~12h后，在真空环境中进行20~24h的烘干；将得到混合料进行研磨后置于气氛炉中，在氮气环境下焙烧；其焙烧温度为400~500℃，保温时间为2~4h，然后升温至800~900℃，保温时间为16~20h，焙烧完成后，随炉冷却到室温，得到焙烧产物即为碳包覆磷酸钒锂材料。本发明所述方法制备得到的碳包覆的磷酸钒锂材料具有比容量高、倍率性能好、等优点。

技术领域

本发明涉及一种碳包覆的磷酸钒锂正极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

在科学技术和人类文明高度发展的今天，我们对资源的需求日益增加。传统的工业技术极大的依赖于煤、石油和天然气这三种传统化石能源，这些资源的不可再生，导致了这些能源的极度紧缺,并且在消耗资源的同时，对环境造成着不可逆的破坏。这就需要我们找到一种能量密度高，可再生的清洁能源来代替传统化石能源。锂电池因为有高能量密度、高工作电压和良好的循环倍率性能，受到了广大学者的青睐。从锂离子电池的发现到普及，只过了短短的20年。在这20年里，锂电池已经融入到我们生活的方方面面，小到手机、笔记本、电子表，大到电动自行车，电动汽车，再到航天飞行器，国防武器等领域。由于它对环境友好，同时还可能替代传统化石能源，因此研制和开发新型的电极材料成为了锂电池重点方向。近几年磷酸钒锂作为锂离子正极材料引起了广泛重视。

Li3V2(PO4)3具有两种形态，分别为单斜晶系和斜方晶系。其中，单斜晶系由于具有更优异的热稳定性和电化学性能而成为当今研究的热点之一。单斜晶系Li3V2(PO4)3的理论比容量为197 mA·h/g，具有循环性好，充放电电压平台高，价格低廉等优点，被认为是继LiFePO4之后另一个极具市场应用潜力的锂离子电池正极材料。但是其电子导电率较低，限制了其发展。单斜晶系Li3V2(PO4)3的空间群为P21/n，晶胞参数a = 0.832nm，b =2.245nm，C= 1.203nm。Li3V2(PO4)3中每个V06八面体周围有6个PO4四面体，每个PO4周围有4个VO6八面体。Li原子分布在网状结构的空隙中。其结构导致了材料的导电性较差，限制了其应用与发展。

本发明在材料的合成过程中将材料的表面进行了碳包覆处理，提高了材料的导电性能，并进一步提高了材料的电化学性能，工艺简单且成本较低，可以为此材料的规模生产和实际应用中所面临的问题提供一个新的解决思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳包覆的磷酸钒锂正极材料的制备方法，该方法工艺简单、成本低，得到的产物为粒度小、颗粒均匀的形貌结构的碳包覆的磷酸钒锂正极材料，具有较高的放电比容量和优异的倍率性能，具体包括以下步骤：

（1）按40~50g/L将聚乙烯醇缩丁醛缓慢加入甲醇溶液搅拌分散后得到分散均匀的聚乙烯醇缩丁醛溶液；

（2）将磷酸二氢铵、五氧化二钒、氢氧化锂、炭黑按135~145g/L的固液比例加入到步骤（1）中得到的聚乙烯醇缩丁醛溶液中，球磨、干燥后得到前驱体；其中，磷酸二氢铵、五氧化二钒、氢氧化锂的摩尔比为3:1:3.05，聚乙烯醇缩丁醛和炭黑的总碳含量较还原五氧化二钒所需的碳过量80~120%。

（3）将步骤（2）得到的前驱体在氮气气氛下快速升温至400~500℃，保温2~4h，然后升温至800~900℃，保温时间为16~20h，焙烧完成后随炉冷却到室温，取出产物研磨分散后得到碳包覆的磷酸钒锂材料。

本发明步骤（2）中炭黑材料为Super P Li导电炭黑。

本发明步骤（2）中球磨时间为10~12h。

本发明步骤（3）中焙烧时的升温速率为5~7℃/ min。