一种氟磷硅酸钒锂正极材料及其制备方法技术

一种氟磷硅酸钒锂正极材料及其制备方法，其分子式为：LiVP1‑

【技术实现步骤摘要】
一种氟磷硅酸钒锂正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池正极材料及其制造
，特别涉及一种氟磷硅酸钒锂正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]面对全球日益严峻的能源危机和日渐恶化的环境污染，可充锂电池在高效环保能源存储领域展示出巨大的技术优势和广阔的应用市场。相比其它电能存储装置，可充锂电池兼具能量密度高、充放电速度快、循环寿命长、能量转换效率高、安全性好、使用温度范围宽、自放电率低和价格便宜等优点，在便携式电子设备、电动工具、电动交通(含电动汽车和电动自行车)、医疗健康、航天航空、军事国防、智能电网和电站储能等领域获得了广泛应用，对于节约和高效使用能源以及促进环境保护具有重要的战略意义。
[0003]可充锂电池主要由正极、负极、隔膜、电解质和外壳等部分组成。其中，正极作为锂离子的来源和载体，对电池的整体性能和价格成本起着决定性作用。目前常见的正极材料主要有：层状氧化物LiMO2(M为过渡金属)及其二元、三元、多元、富锂氧化物如LiCoO2、LiNi
0.5
Mn
0.5
O2、LiNi
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2、LiNi
1/3
Co
1/3
Al
1/3
O2、LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2、xLi2MnO3‑
yLiNi
0.6
Co
0.2
Mn
0.2
O2、等，尖晶石氧化物LiMn2O4及其高压衍生物LiNi
0.5
Mn
1.5
O4，和一系列聚阴离子正极材料如LiFePO4、LiMnPO4、Li2MnSiO4、Li3V2(PO4)3、LiVPO4F、LiFeSO4F、等。各类材料在安全性、导电性、比容量、电位平台、充放速率、循环寿命、使用工况和经济性等方面，均有其各自特点，但是目前尚缺乏一种材料同时兼具这些优良性能。为此，研究人员普遍通过开发新材料体系和改性现有材料相结合的方法，以获得综合性能优良的锂电池正极材料。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种氟磷硅酸钒锂正极材料及其制备方法，基于磷酸盐、硅酸盐和氟元素制备氟磷硅酸钒锂LiVP1‑
x
Si
x
O4F(0<x<1)，该材料体系用作锂电池正极活性材料时，具有结构稳定、安全性好、比容量大、电位平台高、极化小、充放电速率快和循环稳定等特点和优势，且制备方法简单、易于大规模生产，展示出巨大的应用前景。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种氟磷硅酸钒锂正极材料，其分子式为：LiVP1‑
x
Si
x
O4F，0<x<1。
[0007]基于上述一种氟磷硅酸钒锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]一、将钒源、硅源、磷源和碳源按照摩尔比为1:x:(1
‑
x):(1～1.2)的比例称取，0<x<1，以无水乙醇、去离子水或两者任意比例的混合物为分散剂，在球磨机中球磨、分散、混合6～24h；
[0009]二、将球磨后的混合物放置在烘箱中烘干，研磨、压片，在惰性气氛下于500～900℃烧结2～10h；
[0010]三、将烧结后的产物，与锂源、氟源按照摩尔比为1:(1～1.2):(0～1)的比例称取，
再按照质量比分别为(1～30)％和(1～30)％加入碳源、氟源，以无水乙醇、去离子水或两者任意比例的混合物为分散剂，在球磨机中球磨、分散、混合6～24h；
[0011]四、将混合物在烘箱中烘干，研磨、压片，在惰性气氛下于500～900℃烧结0.05～5h，制得目标产物LiVP1‑
x
Si
x
O4F(0<x<1)。
[0012]所述的钒源包括NH4VO3,C2O5V，V2O5,VO2,V2O3,VOF3中的一种或多种任意比例的混合物。
[0013]所述的硅源包括硅酸、原硅酸、二氧化硅、碳化硅、硅烷、正硅酸乙酯、氨基硅、氟硅酸、四氟化硅中的一种或多种任意比例混合物。
[0014]所述的磷源包括P2O5,H3PO4,NH4H2PO4,(NH4)2HPO4,(NH4)4P2O7,NH4H2PO2,磷酸三乙酯中的一种或多种任意比例的混合物。
[0015]所述的碳源包括石墨，碳黑，乙炔黑，导电炭黑，碳纤维，碳纳米管，石墨烯，蔗糖，葡萄糖，草酸，乙酸，柠檬酸，抗坏血酸，乙醇，乙二醇,PTFE,PVDF,淀粉中的一种或多种任意比例混合物。
[0016]所述的锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、氟化锂、草酸锂、醋酸锂、磷酸二氢锂中的一种或多种任意比例混合物。
[0017]所述的氟源包括LiF,HF,NH4F,NH4HF2,(NH4)2SiF6,HPF6,二氟乙酸，对溴三氟甲苯，PVDF,PTFE中的一种或多种任意比例混合物。
[0018]所述的惰性气体包括氮气、氩气或氢氩混合气。
[0019]专利技术效果
[0020](1)、本专利技术基于磷酸盐(PO
43
‑
)结构稳定、安全性好的优势和氟离子(F
‑
)电负性强的特点，充分结合SiO
44
‑
与PO
43
‑
的协同诱导效应，设计和构筑新型复合聚阴离子正极材料，该分子式看起来像是元素掺杂，但其本质不是元素掺杂，而是不同价态硅酸盐SiO
44
‑
与磷酸盐PO
43
‑
的协同诱导及其与F
‑
的耦合键连，形成了一种全新的氟磷硅酸盐型正极材料，只是最终的分子式可以简化为上述形式。该结构在多维度保证材料结构和热力学稳定性的基础上，通过磷酸盐与硅酸盐之间的晶体结构及电子结构平衡调控，可以同时有效提升聚阴离子化合物的电子电导率和离子迁移率，获得各项电导、容量、倍率和循环各项性能均比较优异的锂电池新型复合聚阴离子正极材料。
[0021](2)、本专利技术获得同时兼具高安全、高容量、高电压、快充放、长寿命、低成本的锂电池正极材料，在切实提升锂电池综合性能的同时，丰富和发展锂电池正极材料体系及其设计开发与制备方法。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例一所制备的氟磷硅酸钒锂LiVP1‑
x
Si
x
O4F(0<x<1)的XRD图谱。
[0023]图2为本专利技术实施例一所制备的氟磷硅酸钒锂LiVP1‑
x
Si
x
O4F(0<x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟磷硅酸钒锂正极材料，其特征在于，其分子式为：LiVP1‑
x
Si
x
O4F，0<x<1。2.根据权利要求1所述的一种氟磷硅酸钒锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：一、将钒源、硅源、磷源和碳源按照摩尔比为1:x:(1
‑
x):(1～1.2)的比例称取，0<x<1，以无水乙醇、去离子水或两者任意比例的混合物为分散剂，在球磨机中球磨、分散、混合6～24h；二、将球磨后的混合物放置在烘箱中烘干，研磨、压片，在惰性气氛下于500～900℃烧结2～10h；三、将烧结后的产物，与锂源、氟源按照摩尔比为1:(1～1.2)：(0～1)的比例称取，再按照质量比分别为(1～30)％和(1～30)％加入碳源、氟源，以无水乙醇、去离子水或两者任意比例的混合物为分散剂，在球磨机中球磨、分散、混合6～24h；四、将混合物在烘箱中烘干，研磨、压片，在惰性气氛下于500～900℃烧结0.05～5h，制得目标产物LiVP1‑
x
Si
x
O4F，0<x<1。3.根据权利要求2所述的一种氟磷硅酸钒锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述的钒源包括NH4VO3,C2O5V，V2O5,VO2,V2O3,VOF3中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙孝飞，程鹏，梅雪松，李泉省，王文君，孙铮，王海涛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：