一种碳包覆的磷酸钒锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆的磷酸钒锂正极材料的制备方法
本专利技术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

技术介绍
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197mA·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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术步骤（2）中炭黑材料为SuperPLi导电炭黑。本专利技术步骤（2）中球磨时间为10~12h。本专利技术步骤（3）中焙烧时的升温速率为5~7℃/min。本专利技术所述方法制备得到的碳包覆的磷酸钒锂正极材料粉末进行电化学性能测试：将碳包覆的磷酸钒锂正极材料粉末、乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比为8:1:1的比例混合研磨组装成CR2025扣式电池；静置24h后测试其充放电性能。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术采用固相烧结法得到碳包覆的磷酸钒锂正极材料，并通过气氛炉在氮气保护环境下焙烧，合成得到碳包覆的磷酸钒锂正极材料；本专利技术所述方法工艺简单、成本低；产物碳包覆的磷酸钒锂正极材料粉末具有粒度小、均匀等优点；焙烧过程中的保温时间较长，保证了目标晶体的生成，避免杂相的出现。（2）碳包覆的磷酸钒锂材料用于制备锂离子电池，相对于正极材料纯磷酸钒锂而言，电化学性能有所提高；在焙烧的过程中，反应后剩余的碳包覆在材料表面，进一步提高了材料的总体导电性，使电池放电比容量增大；在3~4.3V电压范围内进行充放电测试，最大放电比容量为127.43mA·h·g-1左右，在3~4.8V电压范围内进行充放电测试，最大放电比容量为168.03mA·h·g-1左右，倍率性能也更加优异。附图说明图1为本专利技术实例1得到的碳包覆的磷酸钒锂的XRD图。图2为本专利技术实例1得到的碳包覆的磷酸钒锂的扫描电镜图。图3为本专利技术实例1用碳包覆的磷酸钒锂正极材料制备的锂离子电池在3~4.3V电压范围测试的充放电曲线。图4为本专利技术实例1用碳包覆的磷酸钒锂正极材料制备的锂离子电池在3~4.8V电压范围测试的充放电曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1本实施例所述一种合成碳包覆的磷酸钒锂正极材料的方法，具体包括以下步骤：（1）按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8.63g的磷酸二氢铵、4.55g的五氧化二钒、3.30g的氢氧化锂、0.49g的炭黑加入到120ml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；用球磨机球磨12h后，在烘箱中进行烘干24h得到前驱体；（3）将步骤（2）得到的前驱体在氮气气氛下快速升温至4500℃，保温时间为2h，然后升温至850℃，保温时间为16h，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。电化学性能测试：①将在步骤(3)中得到的碳包覆的磷酸钒锂粉末，和乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比为8:1:1的比例称取置于玛瑙研钵中，滴加适量N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)研磨均匀；将其涂覆在Al箔上，涂覆在Al箔上的厚度为0.15mm，再置于真空干燥箱中60℃干燥24h，然后将极片取出，作为正极。②金属锂片作为负极和参比电极，聚丙烯微孔膜为隔膜，以1mol/LiPF6+EC/DMC/EMC为电解液，在充满氩气、水分含量低于2ppm的手套箱内，组装成CR2025不锈钢扣式电池；静置24h后测试其充放电性能。本实施例得到的碳包覆的磷酸钒锂的XRD图片如图1所示，由图可以看出合成产物为Li3V2(PO4)3；本实施例得到的碳包覆的磷酸钒锂扫描电镜图片如图2所示，由图可以看出碳包覆的磷酸钒锂颗粒团聚减少且粒径较小，并紧密的结合在一起；本实施例得到碳包覆的磷酸钒锂正材料制备得到的锂离子电池的充放电曲线如图3、4所示，不同测试电压范围的最大放电比容量分别为127.43mA·h·g-1、168.03mA·h·g-1。实施例2本实施例所述一种合成碳包覆的磷酸钒锂正极材料的方法，具体包括以下步骤：（1）按40g/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8.63g的磷酸二氢铵、4.55g的五氧化二钒、3.30g的氢氧化锂、0.39g的炭黑加入到135ml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；用球磨机球磨10h后，在烘箱中进行烘干20h得到前驱体；（3）将步骤（2）得到的前驱体在氮气气氛下快速升温至400℃，保温时间为2h，然后升温至800℃，保温时间为16h，焙烧完成后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳包覆的磷酸钒锂正极材料的制备方法，其特征在于，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的固液比例为加入到步骤（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。

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆的磷酸钒锂正极材料的制备方法，其特征在于，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的固液比例为加入到步骤（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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正富，范苏晓，任艳昆，徐嘉辉，刘金坤，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53