钒酸锂复合电极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了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。将其应用于锂电池正极，可以有效改善锂电池的循环性能，本发明专利技术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，适合大规模工业生产，具有广阔的应用前景。

Lithium vanadate composite electrode material and its preparation method and Application

The present invention provides a lithium vanadate composite electrode material, which comprises lithium vanadate and insoluble phosphate, and the insoluble phosphate is coated on the surface of the lithium vanadate. Its application in lithium battery cathode, can effectively improve the cycle performance of the lithium battery, the invention also provides a method for preparing the lithium vanadate composite electrode material, the method of mild conditions, simple operation, suitable for large-scale industrial production, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
钒酸锂复合电极材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及电极材料，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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，本专利技术采取如下技术方案：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xwt.％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xwt.％NP-LVO，xwt.％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，本专利技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体来说，本专利技术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；本专利技术提供的钒酸锂复合电极材料的首次放电比容量可以达到323.93mAhg-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250.93mAhg-1。同时，本专利技术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。附图说明图1是不同质量比的磷酸镁包覆的xwt.％MP-LVO的XRD谱图，其中，该图中从下向上依次为LVO﹑实施例1～4提供的钒酸锂复合电极材料的XRD谱图。图2是不同质量比的磷酸镁包覆的xwt.％MP-LVO的扫描电镜图，其中，该图中a～e依次为LVO﹑实施例1～4提供的钒酸锂复合电极材料MP-LVO的扫描电镜图。图3是实施例2提供的钒酸锂复合电极材料的元素分布图。图4是LVO和实施例2提供的钒酸锂复合电极材料的红外图谱。图5是LVO和实施例2提供的钒酸锂复合电极材料的透射电镜图。图6是不同质量比的磷酸镁包覆的xwt.％MP-LVO的50周次的循环曲线。图7是LVO和实施例2提供的钒酸锂复合电极材料电化学性能对比图，其中，该图中b为LVO和实施例2提供的钒酸锂复合电极材料在不同电流密度下的循环性能对比图，c和d为LVO和实施例2提供的钒酸锂复合电极材料分别在120mAg-1和240mAg-1电流密度下的循环性能。图8是LVO、实施例2提供的钒酸锂复合电极材料的循环伏安曲线。图9是LVO、实施例2提供的钒酸锂复合电极材料的交流阻抗曲线，其中，该图中a为LVO的不同周次的交流阻抗、b为实施例2提供的钒酸锂复合电极材料的不同周次的交流阻抗、c为材料交流阻抗的等效电路图、d为LVO与实施例2提供的钒酸锂复合电极材料首次交流阻抗。图10是LVO和实施例5提供的钒酸锂复合电极材料的红外图谱。图11是LVO和实施例5提供的钒酸锂复合电极材料的透射电镜图。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。实施例1本实施例提供一种钒酸锂复合电极材料，它包括钒酸锂和磷酸镁，所述磷酸镁包覆在所述钒酸锂的表面。本实施例还提供所述钒酸锂复合电极材料的制备方法，其包括以下步骤：按照摩尔比为1:3:1，取一水合氢氧化锂、钒酸铵和柠檬酸混合置于玛瑙研钵中，在红外灯下充分研磨；然后全部转移至50ml的聚四氟乙烯内衬中，用玻璃棒进行机械搅拌，逐滴滴加去离子水，得固液流变体；将聚四氟乙烯内衬放入到不锈钢外套中，密封后在80℃条件下，保温保湿反应8h，然后取出放入鼓风干燥箱中在100℃，干燥12h；将干燥后的材料进行研磨，然后放入马弗炉中在350℃煅烧10h，制得钒酸锂粉末；将硝酸镁0.0285g溶于去20ml离子水中，磷酸钠0.012g溶于10ml去离子水中，在超声振荡器中使其溶解充分，将配置好的磷酸钠溶液逐滴加入到硝酸镁溶液中，超声30min，制得磷酸镁悬浮液；将1g钒酸锂粉末加入所述磷酸镁悬浮液中，超声30min，然后进行磁力搅拌1h，制得混合液；将所述混合液进行减压抽滤，滤渣分别用去离子水以及乙醇各清洗3次，在100℃的鼓风干燥箱中干燥12h，将干燥好的粉末进行研磨，放入马弗炉中，升温速率为6℃min-1升温至350℃煅烧6h自然降温，得到所述钒酸锂复合电极材料；经检测，磷酸镁在钒酸锂复合电极材料中的重量百分数为0.5％，所述钒酸锂复合电极材料可简写为0.5wt.％MP-LVO。实施例2本实施例提供一种钒酸锂复合电极材料，它包括钒酸锂和磷酸镁，所述磷酸镁包覆在所述钒酸锂的表面。本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钒酸锂复合电极材料，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种钒酸锂复合电极材料，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的钒酸锂复合电极材料，其特征在于，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。3.根据权利要求1或2所述的钒酸锂复合电极材料，其特征在于，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%。4.根据权利要求3所述的钒酸锂复合电极材料，其特征在于，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。5.一种权利要求1～4任一项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。6.根据权利要求5所述的钒酸锂复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢玲玲，曹晓雨，朱利敏，葛鹏，杨新丽，张宝忠，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41