一种磷酸钒锂正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷酸钒锂正极材料的制备方法，包括如下步骤：1)将NH

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸钒锂正极材料的制备方法
本专利技术属于锂离子
，具体涉及一种磷酸钒锂正极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池以其比容量高、循环性能优异、功率密度大等特点在新能源的存储设备中成为综合性能最好的二次电池体系。电极材料作为锂离子电池的核心和技术关键，决定了锂离子电池综合性能的优劣。目前，已受到广泛应用的锂离子电池正极材料有LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、三元材料、富锂材料、LiFePO4及Li(FeMn)PO4等。在这些材料中，磷酸盐正极材料由于其稳定的电化学性能和超长的循环寿命而备受关注。相较于LiFePO4正极材料只能对锂离子进行单通道传递，且电压较低、比能量相对较差的特点，Li3V2(PO4)3正极材料具有高稳定性、高安全性，同时具备三维锂离子扩散通道、大电流充放电性能、低温性能等优点。成为了锂离子电池正极材料研究中又一较为热门的研究对象。Li3V2(PO4)3正极材料具有两种晶相，一种为单斜晶系，一种为菱方晶系。菱方晶系具有典型的钠离子导体结构，为R-3空间群。其中的V2(PO4)3骨架结构由正八面体和正四面体公用顶点连接。在这样的菱方晶系结构下电池自身的可逆性较差，不利于锂离子在该结构中嵌入和脱出，导致电池容量较低。同时由于热稳定性不高，给合成过程带来问题，量产较差。单斜晶系存在三维骨架结构，是由正八面体和正四面体通过对角连接而成。锂离子在此结构下扩散方向出现多向选择，扩散系数大大提升，从而具有较高的大电流充放潜力。Li3V2(PO4)的主要制备方法有高温固相法、碳热还原法、溶胶-凝胶法等。由于合成方法的条件不同，所得Li3V2(PO4)3的物化性质有着较大的差异。SaldiM,BarkerJ,HuangH,etal.Electrochemicalpropertiesoflithiumvanadiumphosphateasacathodematerialforlithium-ionbatteries[J].ElectrochemicalandSolid-StateLetters,2002,5(7):A149-A151,在氢气氛围下烧结制得Li3V2(PO4)3，在不同电压区间表现出不同比容量，其中在3V-4.3V间，以0.05C倍率充放电时，比容量达125mAh·g-1，较为接近理论容量。BarkerJ,SaidiMY,SwoyerJL.Acarbothermalreductionmethodforthepreparationofelectroactivematerialsforlithium-ionapplications[J].JournalofTheElectrochemicalSociety,2003,150(6):A684,采用碳热还原法制备Li3V2(PO4)3，在3V-4.3V间首次充放电比容量达130mAh·g-1。Xiao-KaiD,JingL,Lu-LuZ,etal.High-performanceLi3V2(PO4)3/Ccathodematerialwithamixedmorphologypreparedbysolvothermalassistedsol-gelprocess[J].Ionics,2018,25(5):2057-2067,采用溶胶-凝胶法制备Li3V2(PO4)3材料，在3V-4.3V间，1C倍率充放电比容量达125.2mAh·g-1。在循环1000次后容量降低3.6％。由于以上几种制备方法存在着制备周期长、能耗高、安全性较差等问题，且制备出的材料颗粒较大、不均匀、易产生杂质等因素，导致无法适用于工业生产。中国专利公开号CN101841024A公开了一种新型的快速溶胶-凝胶法制备Li3V2(PO4)3正极材料的方法。该方法以五氧化二钒、还原性酸、锂盐、磷酸盐和可溶性碳源按化学计量比为1:2.8-3.5：3-3.2:2.9-3.05:0.95-1.05制备前驱体，所得前驱体与另一种碳源混合均匀后，在惰性气体保护下于500-850℃焙烧2-4h得到Li3V2(PO4)3。所得正极材料在0.1C充放电比容量最高可达173mAh·g-1，但5C时放电比容量明显下降。中国专利公开号CN103996852A公开了一种新型纳米磷酸钒锂正极材料的制备方法。该方法分别以五氧化二钒或偏钒酸铵、氢氧化锂或碳酸锂或乙酸锂、磷酸或磷酸二氢铵为钒源、锂源、磷源，按照摩尔比2：3：3溶于去离子水中，再分别加入与锂源摩尔比为0.02-0.1：1的PEG、和与锂源摩尔比为1-3.5：3的EDTA进行水热反应制备前驱体，后将前驱体粉末置于700-950℃的马弗炉中煅烧7-12h制得Li3V2(PO4)3。所得产品粒度分布均匀，结晶度高，但在0.1C首次放电容量仅为124mAh·g-1。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术提出一种磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3)正极材料的制备方法。既能保证其具有良好的电化学稳定性，同时兼顾节省能耗、安全、质量稳定，物性均匀。本专利技术借鉴水浴加热法和碳热还原法。以可溶性盐作为合成原料，其中钒源选用钒酸铵，锂源选用氢氧化锂，磷酸盐选用磷酸二氢铵，以葡萄糖作为碳源，采用水作为前驱体溶液的溶剂。由于采用的都是可溶性盐类，故可以避免研磨，从而降低了能耗。本专利技术的磷酸钒锂正极材料的制备方法如下：1)将NH4VO3、LiOH、NH4H2PO4和葡萄糖按质量比NH4VO3：LiOH：NH4H2PO4：葡萄糖＝100：(30-40)：(145-155)：(27.5-29.5)加入至800-1200mL去离子水中，水浴加热60-80℃，搅拌30-60min制成浆料；2)将浆料通入喷雾干燥机经过雾化喷出，得到前驱体，同时在喷头的切向方向送入干燥的气流，所述气流方向与溶液喷出方向同向；3)将所制得的前驱体收集并称量，称取占前驱体质量6％-8％的葡萄糖，与前驱体混合后置于连续式烧结炉中，设置烧结温度600-800℃，在氮气保护下烧结6-8h，在烧结前预通氮气0.5h，确保无氧环境；4)将烧结完成的正极材料经自然冷却到25℃后，进行粉碎研磨过筛，形成最终产品。在上述技术方案中，优选的，所述步骤1)中，搅拌速度为400-800r·min-1。在上述技术方案中，优选的，所述步骤2)中，喷雾干燥机进风温度控制在200-300℃，出风温度控制在80-100℃。在上述技术方案中，优选的，所述步骤4)中，所选用的筛网目数为325目。本专利技术具有的优点和积极效果是：1.本专利技术通过选用可溶性盐作为原料进行合成，省去研磨过程，从而降低能耗。2.本专利技术借鉴水浴加热法制备前驱体浆料，使得材料分散性好，有效缩短了反应时间。3.本专利技术采用喷雾干燥法制备前驱体，所得前驱体比表面积大，形状均匀。4.本专利技术采用连续式烧结炉可实现连续化作业，自动化程度高、产量高，烧结后产物质量、外观、稳定性高，适合大批量工业化生产。附图说明：图1为本专利技术实施例1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸钒锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)将NH

【技术特征摘要】
1.一种磷酸钒锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将NH4VO3、LiOH、NH4H2PO4和葡萄糖按质量比NH4VO3：LiOH：NH4H2PO4：葡萄糖＝100：(30-40)：(145-155)：(27.5-29.5)加入至800-1200mL去离子水中，水浴加热60-80℃，搅拌30-60min制成浆料；
2)将浆料通入喷雾干燥机经过雾化喷出，得到前驱体，同时在喷头的切向方向送入干燥的气流，所述气流方向与溶液喷出方向同向；
3)将所制得的前驱体收集并称量，称取占前驱体质量6％-8％的葡萄糖，与前驱体混合后置于连续式烧结炉中，设置烧结温度600-800℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李积刚，
申请(专利权)人：天津斯科兰德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12