[发明专利]一种淬冷法制备磷酸铁锂-磷酸钒锂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池复合正极材料磷酸铁锂-磷酸钒锂的制备方法，特别是涉及喷雾干燥-淬冷法制备复合正极材料xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃的方法。

背景技术

LiFePO₄和Li₃V₂(PO₄)₃是两种代表性的磷酸盐体系正极材料，但 LiFePO₄的导电性很差，在大电流放电时容量衰减快，低温性能和倍率性能差；Li₃V₂(PO₄)₃具有理论比容量高（197 mAh·g^-1）、工作电位高（3.6-4.5V vs. Li/Li⁺）、结构稳定、电化学性能良好等优点，但其晶体结构中金属离子相隔较远，降低了材料中电子的迁移率，导致材料的电子导电率较低，在大电流下进行充放电效果不理想，将两种传统的磷酸盐系正极材料LiFePO₄和Li₃V₂(PO₄)₃一起复制备出来，利用Li₃V₂(PO₄)₃的高离子导电性、高理论比容量、高放电电压平台、良好的低温放电性能等优势来对LiFePO₄基材料进行改性，是一种行之有效的方法。目前有Jun-chao Zheng、Mu Rong Yang、Lina Wang 等人分别用湿化学还原法、固相烧结法、流变相法等合成出了一系列复合正极材料，虽然材料的电化学性能良好，然而材料的振实密度低，大倍率充放电性能不够理想。如何进一步提高复合材料的能量密度和大倍率充放电性能，使其完全满足动力电池的使用要求，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能大幅度提高复合正极材料磷酸铁锂-磷酸钒锂振实密度和大倍率充放电性能的方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

（1）将钒源化合物、铁源化合物、锂源化合物和磷源化合物按复合材料xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃的化学计量比混合均匀；

（2）按照碳源与复合材料的质量比为1:20～10:1加入碳源，搅拌混合，并均匀分散在溶剂中，然后进行喷雾干燥，制备出球形前躯体混合物；

（3）将球形前躯体混合物置于非氧化性气氛中在500～900℃恒温煅烧2～48小时；

（4）将高温粉末迅速转移至低温介质中,在淬冷温度为-209℃～35℃淬冷1min～2h，制得磷酸铁锂-磷酸钒锂（xLiFePO₄·yLi₃V₂(PO₄)₃）复合材料。

所述溶剂是水、乙醇、甲醇、丙酮中的一种。

所述低温介质是水、液氮、干冰中的一种。

所述淬冷温度为-195℃～0℃；淬冷时间为0.5～h。

本发明采用喷雾-急冷法合成复合正极材料，一方面利用喷雾干燥制备出规则的球形复合材料前躯体，提高复合材料的振实密度，进而提高能量密度；另一方面通过急冷法使复合材料具有细小的晶体颗粒，缩短锂离子的扩散路程，急冷法还可以使材料晶体生成一些缺陷，从而增多锂离子的扩散通道，增强材料的导电性，提高材料的倍率性能。利用喷雾-急冷法合成的磷酸铁锂-磷酸钒锂复合材料颗粒呈规则球形并且粒径分布均匀，具有高振实密度；电子导电性明显得到提高，具有良好的大倍率充放电性能。

附图说明

图1是实施例1中2号样品的X射线衍射图谱；

图2是实施例1中2号样品的扫描电镜图；

图3是实施例1中2号样品的充放电曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：