[发明专利]一种磷酸铁锂-磷酸钒锂复合正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种磷酸铁锂‑磷酸钒锂复合正极材料及其制备方法和应用，属于二次锂离子电池技术领域；所述磷酸铁锂‑磷酸钒锂复合正极材料，其分子式为xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃，其中x与y的比值为(3～8):1。本发明的xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃复合材料具有多孔球状结构，颗粒分布均匀且粒径尺寸10～20μm，能为锂离子提供更多的接触机会，缩短锂离子的扩散距离，有利于锂离子的传递；其在高倍率下具有较高的放电比容量，在20C电流密度下首次放电比容量可达到91.5mA h/g，4000次循环后，其容量保持率高达88.9％，具有优异的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及二次锂离子电池技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂-磷酸钒锂复合正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池已经逐渐成为了人类社会的不可替代的一部分，如在交通、办公、家庭储能方面发挥着重要作用。而锂离子电池发展的关键在于正极材料。在众多正极材料中，磷酸铁锂(LiFePO₄)因其自身高能量密度高，充放电过程中的结构稳定性好及原材料成本低而备受关注。但锂离子扩散系数低，倍率性能差的缺点限制其在高倍率储能器件方面的应用。而科研工作者则采用多种策略用于改善其倍率性能；其中，采用钒(V)元素取代部分够铁(Fe)元素，构筑磷酸铁锂/磷酸钒锂复合正极材料是最重要的方法之一。众所周知，磷酸钒锂(Li₃V₂(PO₄)₃)作为锂离子电池正极材料具有如下优势：(1)高能量密度；(2)高理论容量，其理论容量为197mA h/g，3.0-4.8V；(3)优异的锂离子扩散能力；(4)出色的热力学及电化学稳定性；结合以上所述，构筑磷酸铁锂/磷酸钒锂复合正极材料将有利于磷酸铁锂在高倍率储能器件领域的应用及推广。

中国专利CN106450298A公开了一种片状复合正极材料磷酸铁锂-磷酸钒锂的制备方法，包括以下步骤(1)将钒源、铁源、磷源、锂源、有机碳源，按钒原子、铁原子、磷原子、锂原子、碳原子摩尔比为2:1:4:4:3～5的比例溶于去离子水中，加入表面活性剂，调节pH值，搅拌；(2)转移至高压反应釜中，通入保护性气体，以200～1200rpm的速度，200～300℃的温度，反应10～30h，经洗涤、过滤、干燥后，研磨；(3)在非氧化性气氛下于600～800℃焙烧，即成。该发明合成的片状磷酸铁锂-磷酸钒锂复合正极材料具有优异的电子导电性和离子导电性，电化学性能优异。但是该制备方法将原料溶于水中，原料在水中的溶解性低，因此需要添加乳化剂；此外，该制备方法中使用水热法，工艺复杂。

此外，构筑纳米材料常是改善锂离子电池电极材料电化学性能的有效途径。其可增大与电解液的接触面积、缩短锂离子的脱嵌距离。但也因其较高的表面活性使得与电解液的副反应增多，极易引发安全隐患。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种磷酸铁锂-磷酸钒锂复合正极材料，该复合正极材料的放电容量高，倍率性能优异，循环稳定性好。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的。

一种磷酸铁锂-磷酸钒锂复合正极材料，其分子式为xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃，其中x与y的比值为(3～8):1，x，y代表物质的量。