一种锂离子电池复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将锂源、钒源、磷源、氟源按照xLiVPO4F·yLiVP2O7·zLi3V2(PO4)3的比例混合均匀，得混合物；（2）将碳源按照碳元素与混合物中钒元素的摩尔比为（1-10:1）的比例，加入混合物中，在常温常压下机械活化4-12小时；然后在真空烘箱中烘干；（3）置于管式烧结炉中，于非氧化气氛下500℃-600℃烧结0.5-8h，然后自然降至室温，即得到锂离子电池复合正极材料xLiVPO4F·yLiVP2O7·zLi3V2(PO4)3。本发明专利技术所得复合正极材料比容量高，结构稳定，循环、倍率性能优良，充放电平台较多，荷电状态易控，而且合成方法简单易行，原材料来源广泛，可为动力电池提供一种高性能备选正极材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其是涉及一种锂离子电池复合正极材料氟磷酸钒锂-焦磷酸钒锂-磷酸钒锂的制备方法。
技术介绍
随着电子信息时代的到来，开发高性能二次锂离子电池已经成为当今研究的趋势。在锂离子电池的实际应用中，能量密度和安全性能一直是其重要的考核指标。锂离子电池正极材料作为锂离子电池的关键组成部分，其结构稳定性直接影响着电池的安全性能，其比容量直接决定着电池的能量密度。发展能量密度高、安全性能好的正极材料是目前全球研究的热点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种合成方法简单的锂离子电池复合正极材料的制备方法，所合成的锂离子电池复合正极材料氟磷酸钒锂-焦磷酸钒锂-磷酸钒锂比容量较高，循环性能、倍率性能良好。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是，，包括以下步骤: (1)将锂源、钒源、磷源、氟源按照XLiVPO4F.YLiVP2O7.ZLi3V2 (PO4)3 (0〈x〈l，0<y<l,0〈ζ〈1)的比例混合均匀，得混合物； (2)将碳源按照碳元素与混合物中钒元素的摩尔比为(1-10:1)的比例，加入步骤(I)所得混合物中，在常温常压下机械活化4-12小时；然后烘干，得到无定形态的复合前躯体混合物； (3)将步骤(2)所得无定形态的复合前躯体混合物置于管式烧结炉中，于非氧化气氛下500°C _600°C烧结0.5-8h，然后自然降至室温，即得到锂离子电池复合正极材料XLiVPO4F.yLiVP207.ZLi3V2 (PO4) 3。进一步，步骤(I)中，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂、草酸锂、偏硼酸锂、硝酸锂中的一种或几种。进一步，步骤(I)中，所述钒源为五氧化二钒、偏钒酸铵、钒酸铵、三氧化二钒、草酸氧钒中的一种或几种。进一步，步骤(I)中，所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸、焦磷酸中的一种或几种。进一步，步骤(I)中，所述氟源为氟化钠、氟化锂、氟化铵、氟化钾的一种或几种。进一步，步骤(2)中，所述碳源为酒石酸、柠檬酸、草酸、乙二酸、己二酸、丙二酸、抗坏血酸中的一种或几种。进一步,步骤(3)中，所述非氧化气氛为IS气、氮气、氢气、氦气、一氧化碳中的一种。与传统层状过渡金属氧化物(LiCoO2, LiNiO2)和磷酸盐系正极材料(LiFePO4,LiMnPO4)相比，焦磷酸钒锂(LiVP2O7)正极材料通过两个P043_相互耦合形成结构更加稳定的P2074_而使其具有更好的结构稳定性。磷酸钒锂(Li3V2 (PO4)3)能够提供三维快速锂离子通道，有利于提高材料倍率性能，特别是在大倍率下的充放电性能。氟磷酸钒锂(LiVPO4F)相比焦磷酸钒锂、磷酸钒锂，具有较高的电子电导率，而且具较大的比容量(156mAh/g),因此能够提供较大的能量密度和较高的电子电导率。本专利技术中，焦磷酸钒锂、磷酸钒锂、氟磷酸钒锂同属磷酸盐系正极材料，具有相似的结构框架。为了满足能量密度高、安全性能好的要求，把三种具有不同优点的同系正极材料进行复合，形成新型复合正极材料XLiVPO4F.YLiVP2O7.ZLi3V2 (PO4) 3，新型复合材料表现出优异的电化学性能。另外，本专利技术所制得的氟磷酸钒锂-焦磷酸钒锂-磷酸钒锂材料具有较多的充放电平台，多平台的锂离子电池复合正极材料有利于电池的荷电状态(S0C)的控制，能够降低动力电池的成本。本专利技术通过制备氟磷酸钒锂-焦磷酸钒锂-磷酸钒锂复合正极材料，借助氟磷酸锂钒锂的高比容量、磷酸钒锂的快速锂离子通道和焦磷酸钒锂的结构稳定性，形成比容量高、倍率性能良好、结构稳定、荷电状态易控的新型复合正极材料XLiVPO4F.yLiVP207.ZLi3V2 (PO4) 3。本专利技术利用“化学还原-固相烧结”技术首次制备出复合正极材料XLiVPO4F.YLiVP2O7.ZLi3V2 (PO4) 3，所得复合正极材料比容量高，结构稳定，循环、倍率性能优良，充放电平台较多，荷电状态易控，而且合成方法简单易行，原材料来源广泛，可为动力电池提供一种高性能备 选正极材料。【附图说明】图1是实施例1中所得锂离子电池正极材料的0.1C,0.5C、1C首次充放电曲线； 图2是实施例1中所得锂离子电池正极材料在0.1C倍率下的循环图； 图3是实施例1中所得锂离子电池正极材料的XRD衍射图谱。【具体实施方式】以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1 本实施例包括以下步骤: (O以碳酸锂、五氧化二钒、磷酸氢二铵、氟化锂为原料，按所得复合正极材料中LiVPO4F, LiVP2O7, Li3V2 (PO4)3摩尔比为0.1:0.1:0.8配料，并混合均匀，得混合物； (2)按照草酸中碳元素与混合物中钒元素的摩尔比为1:1的比例，在步骤(1)所得混合物中加入碳源草酸，混合后机械活化8小时，然后将其烘干，得到无定形态的复合前躯体混合物； (3)将步骤(2)所得无定形态的复合前躯体混合物置于管式烧结炉中，在氩气气氛下于575°C热处理0.5h，然后自然降温室温，即得到锂离子电池正极材料0.1LiVPO4F *0.1LiVP2O7? 0.8Li3V2(P04)3。将本实施例所得正极材料0.1LiVPO4F.0.1LiVP2O7.0.8Li3V2 (PO4) 3组成扣式电池并进行电化学测试，其0.1C、0.5C、IC倍率下放电的首次充放电容量和在0.1C倍率下循环100次后的放电容量结果如表1所示。实施例2 本实施例包括以下步骤: (O以硝酸锂、偏钒酸铵、磷酸二氢铵、氟化锂为原料，按所得复合正极材料中LiVP04F、LiVP2O7' Li3V2 (PO4) 3摩尔比为0.1: 0.2:0.7配料，并混合均匀，得混合物； (2)在步骤(1)所得混合物中按照柠檬酸中碳元素与混合物中钒元素的摩尔比为4:1的比例加入碳源柠檬酸，混合后机械活化12小时，然后将其烘干，得到无定形态的复合前躯体混合物； (3)将步骤(2)所得无定形态的复合前躯体混合物在氩气气氛下于550°C热处理6h，然后降至室温，得正极材料 0.1LiVPO4F.0.2LiVP207.0.7Li3V2(PO4)3。将本实施例所得产物组成扣式电池测其电化学性能，其0.1C、0.5C、1C倍率下放电的首次充放电容量和在0.1C倍率下循环100次后的放电容量如表1所示。实施例3 本实施例包括以下步骤: (O以碳酸锂、三氧化二钒、磷酸铵、氟化铵为原料，按所得复合正极材料中LiVP04F、LiVP2O7^ Li3V2 (PO4) 3摩尔比为0.1: 0.3:0.6配料，并混合均匀，得混合物； (2)按照草酸中碳元素与混合物中钒元素的摩尔比为8:1的比例在混合物中加入碳源草酸，混合后机械活化8小时，然后将其烘干，得到无定形态的复合前躯体混合物； (3)将步骤(2)所得无定形态的复合前躯体混合物在氩气气氛下于600°C热处理10h，然后降至室温，得正极材料 0.1LiVPO4F.0.31LiVP207.0.6Li3V2(PO4)3。将本实施例所得产物组成扣式电池测其充放电比容量和循环性能，其0.1C、0.5C、IC倍率下放电的首次充放电容量和在0.1C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： （1）将锂源、钒源、磷源、氟源按照xLiVPO4F·yLiVP2O7·zLi3V2(PO4)3的比例混合均匀，得混合物；其中0<x<1, 0<y<1,0<z<1； （2）将碳源按照碳元素与混合物中钒元素的摩尔比为1‑10:1的比例，加入步骤（1）所得混合物中，在常温常压下机械活化4‑12小时；然后烘干，得到无定形态的复合前躯体混合物； （3）将步骤（2）所得无定形态的复合前躯体混合物置于管式烧结炉中，于非氧化气氛下500℃‑600℃烧结0.5‑8h，然后自然降至室温，即得到锂离子电池复合正极材料xLiVPO4F·yLiVP2O7·zLi3V2(PO4)3。
【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将锂源、钒源、磷源、氟源按照XLiVPO4F.YLiVP2O7.ZLi3V2(PO4)3的比例混合均匀，得混合物；其中 0〈x〈l，0〈y〈l，0<ζ<1 ； (2)将碳源按照碳元素与混合物中钒元素的摩尔比为1-10:1的比例，加入步骤(I)所得混合物中，在常温常压下机械活化4-12小时；然后烘干，得到无定形态的复合前躯体混合物； (3)将步骤(2)所得无定形态的复合前躯体混合物置于管式烧结炉中，于非氧化气氛下500°C -600°C烧结0.5-8h，然后自然降至室温，即得到锂离子电池复合正极材料XLiVPO4F.yLiVP207.ZLi3V2 (PO4) 3。2.根据权利要求1所述的锂离子电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(I)中，所述锂源为氢氧化锂、碳酸锂、乙酸锂、草酸锂、偏硼酸锂、...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑俊超，韩亚东，张宝，沈超，李晖，明磊，欧星，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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