[发明专利]钒酸锂复合电极材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料，具体地，涉及一种钒酸锂复合电极材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池因其独特的优势已被广泛应用于各类电子设备及电动工具中，正极材料的家族成员包含众多，包括钴酸锂，镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂，钒酸锂等。锂金属资源是地球上最轻的金属资源，是二次电池的最为重要的材料。

钒酸锂材料具有原材料来源丰富，制备方法简单，嵌锂空位较多等特点，在电动设施方面有着重要的作用，但是钒酸锂电极材料的循环性能较差，极大的限制了钒酸锂电极材料的工业应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服钒酸锂作为电极材料的不足，提供一种钒酸锂复合电极材料。

本发明的另一目的在于提供一种钒酸锂复合电极材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种钒酸锂复合电极材料在电池中的应用。

具体地，本发明采取如下技术方案：

一种钒酸锂复合电极材料，它包括钒酸锂和不溶性磷酸盐，所述不溶性磷酸盐包覆在所述钒酸锂的表面。

基于上述，所述不溶性磷酸盐为磷酸镁、磷酸铜、磷酸镍、磷酸钴、磷酸锰或磷酸铝。

基于上述，所述钒酸锂复合电极材料中不溶性磷酸盐的重量百分数为0.5％～2.0％。

基于上述，所述钒酸锂复合电极材料是厚度为1～2μm的片状结构，所述钒酸锂复合电极材料中不溶性磷酸盐包覆层的厚度为20～30nm；

一种所述钒酸锂复合电极材料的制备方法，其包括以下步骤：

将钒酸锂粉末加入所述不溶性磷酸盐的悬浮液中，超声20～40min，然后搅拌40～80min，得到混合液；

对所述混合液进行抽滤、洗涤、干燥处理，得到钒酸锂复合电极材料半成品；

将所述钒酸锂复合电极材料半成品在300～400℃锻烧5～7h，冷却，制得所述钒酸锂复合电极材料成品。

基于上述，所述不溶性磷酸盐的悬浮液的制备步骤包括：按照一定比例，取可溶性金属盐和可溶性磷酸盐，将所述可溶性镁盐和所述可溶性磷酸盐分别溶于去离子水中，制得金属盐溶液和磷酸盐溶液；将所述磷酸盐溶液缓慢滴入所述金属盐溶液中，超声20～40min，制得所述不溶性磷酸盐的悬浮液。

基于上述，所述钒酸锂粉末的制备步骤包括：按照摩尔比为1：3：1，取一水合氢氧化锂、钒酸铵和柠檬酸进行研磨，混合均匀，在搅拌条件下，逐滴加入去离子水，得到固液流变体；然后在70～80℃条件下，恒温、恒湿反应6～8h；然后取出干燥、研磨，在300～400℃灼烧8～12h，得到所述钒酸锂粉末。

基于上述，所述钒酸锂复合电极材料成品的制备步骤包括：以5～8℃min^-1升温速率，将所述钒酸锂复合电极材料半成品加热至300～400℃锻烧5～7h，自然冷却，制得所述钒酸锂复合电极材料成品。

一种锂电池正极，所述锂电池正极的活性材料包括上述钒酸锂复合电极材料。

其中，不溶性磷酸盐是指在常温下不溶于水的磷酸盐，可溶性金属盐是指在常温下可溶水的金属盐，可溶性磷酸盐是指在常温下可溶于水的磷酸盐；所述钒酸锂粉末(LiV₃O₈)可简写为LVO；所述磷酸镁(Mg₃(PO₄)₂)可简写为MP；所述磷酸镍(Ni₃(PO₄)₂)可简写为NP；所述磷酸镁包覆所述钒酸锂粉末制得的钒酸锂复合电极材料可简写为x wt.％MP-LVO，所述磷酸镍包覆所述钒酸锂粉末制得的钒酸锂复合电极材料可简写为x wt.％NP-LVO，x wt.％是指所述钒酸锂复合电极材料中磷酸盐的重量百分数为x％。

与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著进步，具体来说，本发明提供的钒酸锂复合电极材料包括钒酸锂和不溶性磷酸盐，所述不溶性磷酸盐包覆在所述钒酸锂的表面，形成核壳结构；核壳结构可以避免了电解液与钒酸锂的直接接触，防止钒酸锂在电解液中溶解，以保证钒酸锂在充放电过程中结构的稳定性，有效提高含有所述钒酸锂复合电极材料的锂电池的充放电性能和循环性能；本发明提供的钒酸锂复合电极材料的首次放电比容量可以达到323.93mAh g^-1，并且经过了50个周次的循环以后，材料的放电比容量依然可以达到250.93mAh g^-1。同时，本发明还提供所述钒酸锂复合电极材料的制备方法，该方法条件温和，操作简单，可以大规模生产。

附图说明