空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料的制备方法，该制备方法包括：1)将钒源、还原剂和水混合，接着加入磷源、锂源和模板剂并搅拌以制得初始溶液；2)将初始溶液雾化、热分解以得到粉体；3)将粉体在保护气的存在下进行煅烧以制得空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料；其中，以含有2mol的钒元素的钒源为基准，锂源中锂元素的含量为2.95‑3.05mol，磷源中磷酸根的含量为2.95‑3.05mol，还原剂的用量为3mol，模板剂的用量为100‑200g。通过该方法制得的空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料具有规整的形貌以及优异的比表面积进而使得其能够作为锂电池的正极材料。

Hollow sphere vanadium phosphate lithium / carbon composite battery positive electrode material and preparation method and application thereof

The invention discloses a method for preparing hollow spherical lithium vanadium phosphate / carbon composite battery cathode materials, the preparation method comprises: 1) the vanadium source, reducing agent and water mixture, then add phosphorus source, lithium source and template agent and stirring to obtain the initial solution; 2) the initial solution spray and the thermal decomposition to obtain powder; 3) powder in the presence of protective gas is calcined to prepare hollow spherical lithium vanadium phosphate / carbon composite cathode materials; wherein, the source of vanadium vanadium containing 2mol as the benchmark, lithium lithium source in 2.95 3.05mol, the content of phosphate the root phosphorus source was 2.95 in the 3.05mol, the amount of reducing agent is 3mol, the amount of template was 100 200g. The hollow diamond vanadium lithium / carbon composite battery cathode material prepared by the method has regular morphology and excellent specific surface area, so that it can be used as a positive electrode material of a lithium battery.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池正极材料，具体地，涉及空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池因具有工作电压高、能量密度高、性能优良、无记忆效应和低放电率等优点而备受关注，被广泛应用于电动车、通信设备、储能设备、航空航天等领域。电池正极材料作为锂离子电池的关键部件之一，被要求需具有高比表面、高比容量、高化学稳定性、长循环寿命和安全性好等性能特点。磷酸钒锂(LVP)因具有较高的放电电压和理论容量，循环稳定性好，安全性高和成本低，正成为广大科研工作者研究的热点之一。目前，磷酸钒锂的制备方法主要有固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热与溶剂热法等。但是他们都具有操作繁琐，合成步骤较多等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料的制备方法，通过该方法制得的空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料具有规整的形貌以及优异的比表面积进而使得其能够作为锂电池的正极材料，同时该制备方法具有成本低廉，合成途径简单可控，适合大规模生产的特点。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料的制备方法，包括：1)将钒源、还原剂和水混合，接着加入磷源、锂源和模板剂并搅拌以制得初始溶液；2)将初始溶液雾化、热分解以得到粉体；3)将粉体在保护气的存在下进行煅烧以制得空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料；其中，以含有2mol的钒元素的钒源为基准，锂源中锂元素的含量为2.95-3.05mol，磷源中磷酸根的含量为2.95-3.05mol，还原剂的用量为3mol，模板剂的用量为100-200g。本专利技术还提供了一种空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料，该空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料通过上述的制备方法制备而得。本专利技术进一步地提供了一种如上述的空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料在锂离子电池中的应用。在上述技术方案中，本专利技术将钒源、还原剂、磷源、锂源和模板剂首先通过气溶胶辅助喷雾合成技术得到粉体，然后将粉体进行煅烧以得到空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料。该制备方法具有反应条件温和，工艺简单和操作方便的优点，进而使得该制备方法适合工业化生产。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是检测例1中A1的XRD谱图；图2是检测例1中A1的SEM图；图3是检测例1中A1的TEM图；图4是检测例2中A1的电池性能图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料的制备方法，包括：1)将钒源、还原剂和水混合，接着加入磷源、锂源和模板剂并搅拌以制得初始溶液；2)将初始溶液雾化、热分解以得到粉体；3)将粉体在保护气的存在下进行煅烧以制得空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料；其中，以含有2mol的钒元素的钒源为基准，锂源中锂元素的含量为2.95-3.05mol，磷源中磷酸根的含量为2.95-3.05mol，还原剂的用量为3mol，模板剂的用量为100-200g。在本专利技术的步骤1)中，水的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料具有更优异的电化学性能，优选地，在步骤1)中，以含有2mol的钒元素的钒源为基准，水的用量为3-6L。在本专利技术的步骤1)中，钒源、还原剂、磷源、锂源和模板剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料具有更优异的电化学性能，优选地，在步骤1)中，磷源化合物为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸中的至少一者，钒源为偏钒酸铵和/或五氧化二钒，还原剂为草酸、水合肼和抗坏血酸中的至少一者，模板剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚氧乙烯中的至少一者。在本专利技术的步骤1)中，搅拌的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料具有更优异的电化学性能，优选地，在步骤1)中，搅拌至少满足以下条件：搅拌温度为15-35℃，搅拌时间为1-2h。在本专利技术的步骤2)中，热分解的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料具有更优异的电化学性能，优选地，在步骤2)中，热分解满足以下条件：热分解温度为450-500℃，热分解过程为将气雾是在真空泵的工作下被导入高温炉热解中并快速通过高温炉(热分解时间非常短)，水分快速挥发。在本专利技术的步骤3)中，煅烧的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料具有更优异的电化学性能，优选地，在步骤3)中，煅烧为分段煅烧：将粉体先置于340-360℃下煅烧40-80min，再置于600-800℃下煅烧4-8h；更优选地，在步骤3)中，煅烧的具体工序为：将粉体自15-35℃以1-3℃/min的速率升温至340-360℃并保温40-80min，接着以1-3℃/min的速率升温至600-800℃并保温4-8h。本专利技术还提供了一种空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料，该空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料通过上述的制备方法制备而得。在本专利技术提供的空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料中，其具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料的电化学性能，优选地，空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料满足以下条件：表面形貌规则的球体，内部空心，且尺寸为1-3μm。本专利技术进一步地提供了一种如上述的空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料在锂离子电池中的应用。以下将通过实施例对本专利技术进行详细描述。实施例1称取1.171g(0.01mol)偏钒酸铵和1.89g(0.02mol)草酸加入25ml的去离子水中，在25℃下搅拌1h之后，再依次加入磷酸二氢铵1.725g(0.015mol)、硝酸锂1.03g(0.015mol)和0.5g聚乙烯吡咯烷酮，搅后匀转移至超声雾化器里雾化。在真空泵作用下，雾化的小液滴进入预热到480℃的玻璃管中，用过滤装置在另一端收集粉末。该粉末在氮气保护下，自25℃以2℃/min速率升温至350℃并保温1h，接着以2℃/min速率升温750℃并保温4h，即得空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料A1。实施例2称取1.171g偏钒酸铵和1.89g草酸加入25ml的去离子水中，搅拌1h之后，再依次加入磷酸二氢铵1.725g、硝酸锂1.03g和1g聚乙烯吡咯烷酮，搅后匀转移至超声雾化器里雾化。在真空泵作用下，雾化的小液滴进入预热到480℃的玻璃管中，用过滤装置在另一端收集粉末。该粉末在氮气保护下，以2℃/min升温速率加热，350℃时保温1h，650℃下煅烧4h即得空心球磷酸钒锂/碳复合正极材料。实施例3称取1.171g偏钒酸铵和1.89g草酸加入25ml的去离子水中，搅拌1h之后，再依次加入磷酸二氢铵1.725g、硝酸锂1.03g和0.8g聚乙烯吡咯烷酮，搅后匀转移至超声雾化器里雾化。在真空泵作用下，雾化的小液滴进入预热到480本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：1)将钒源、还原剂和水混合，接着加入磷源、锂源和模板剂并搅拌以制得初始溶液；2)将所述初始溶液雾化、热分解以得到粉体；3)将所述粉体在保护气的存在下进行煅烧以制得所述空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料；其中，以含有2mol的钒元素的所述钒源为基准，所述锂源中锂元素的含量为2.95‑3.05mol，所述磷源中磷酸根的含量为2.95‑3.05mol，所述还原剂的用量为3mol，所述模板剂的用量为100‑200g。

【技术特征摘要】
1.一种空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：1)将钒源、还原剂和水混合，接着加入磷源、锂源和模板剂并搅拌以制得初始溶液；2)将所述初始溶液雾化、热分解以得到粉体；3)将所述粉体在保护气的存在下进行煅烧以制得所述空心球磷酸钒锂/碳复合电池正极材料；其中，以含有2mol的钒元素的所述钒源为基准，所述锂源中锂元素的含量为2.95-3.05mol，所述磷源中磷酸根的含量为2.95-3.05mol，所述还原剂的用量为3mol，所述模板剂的用量为100-200g。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，以含有2mol的钒元素的所述钒源为基准，所述水的用量为3-6L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述磷源化合物为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸中的至少一者，所述钒源为偏钒酸铵和/或五氧化二钒，所述还原剂为草酸、水合肼和抗坏血酸中的至少一者，所述模板剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚氧乙烯中的至少一者。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述搅拌至少满足以下条件：搅拌温...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿保友，孙红霞，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34