磷酸钒锂-碳复合正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备技术

本申请提供一种磷酸钒锂

【技术实现步骤摘要】
磷酸钒锂
‑
碳复合正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备


[0001]本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种磷酸钒锂
‑
碳复合正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备。

技术介绍

[0002]磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3)材料不仅具有与磷酸铁锂相似的安全性和循环稳定性，并且有着更高的电子导电性、理论充放电容量及充放电电压平台，因此其作为锂离子动力电池的正极材料，尤其在低温应用上具有更好应用前景。
[0003]目前合成磷酸钒锂正极材料最常见的方法有固相合成法、水热合成法、微波合成法、溶胶
‑
凝胶法等。其中固相合成法不仅需要耗费大量的反应时间和非常高的温度，而且所制得的产物颗粒大且不均匀。常规溶胶
‑
凝胶法、水热合成法等对设备和原料有着严格的要求，且合成时间长以及反应条件苛刻，很难实现大批量大规模生产。不仅如此，现今市场上的磷酸钒锂正极材料在电化学性能上存在较大的应用缺陷，比如电压适用范围窄(3
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4.3V)、循环性能差(1000圈，80％)、实际容量发挥差(130mA小时/g左右)，因而急需要一种制备工艺路线，同时兼顾合成制备工艺的优化和电化学性能提高。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种磷酸钒锂
‑
碳复合正极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备，以解决上述问题。
[0005]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
[0006]一种磷酸钒锂r/>‑
碳复合正极材料的制备方法，包括：
[0007]将包括锂源、钒源、磷源、螯合剂、碳源和水在内的原料混合，加热搅拌得到第一固液混合物；
[0008]将所述第一固液混合物进行磨制得到第二固液混合物，然后将所述第二固液混合物干燥得到前驱体；
[0009]将所述前驱体在还原性气氛中煅烧得到所述磷酸钒锂
‑
碳复合正极材料。
[0010]优选地，所述锂源包括磷酸二氢锂、碳酸锂、磷酸锂、氢氧化锂和醋酸锂中的一种或多种；
[0011]优选地，所述钒源包括五氧化二钒和/或偏钒酸铵；
[0012]优选地，所述磷源包括磷酸二氢锂、磷酸锂、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸铵中的一种或多种；
[0013]优选地，所述螯合剂包括草酸和/或柠檬酸；
[0014]优选地，所述碳源包括乙炔黑、超导炭黑、柠檬酸、石墨烯和可溶糖类中的一种或多种；
[0015]优选地，所述锂源、钒源、磷源、螯合剂、碳源的摩尔比为1:(2
‑
4):(1
‑
2):(2
‑
4)。
[0016]优选地，所述加热搅拌的温度为50
‑
80℃，时间为0.5
‑
1h；
[0017]优选地，所述磨制使用球磨或砂磨；
[0018]优选地，所述磨制之前调整所述第一固液混合物的pH；
[0019]优选地，所述磨制之前调整所述第一固液混合物的pH至3
‑
4或10
‑
11；
[0020]优选地，所述球磨的转速为200
‑
500rpm，球料比为(1
‑
10)：1，时间为0.5
‑
2h。
[0021]优选地，所述干燥使用喷雾干燥，温度为100
‑
150℃；
[0022]优选地，所述煅烧的升温速率为1
‑
10℃/min，所述煅烧的终点温度为700
‑
900℃，时间为6
‑
12h。
[0023]优选地，所述煅烧之后还包括球磨或者气相破碎。
[0024]优选地，所述还原性气氛包括氮气、一氧化碳、氢气中的一种或多种，或者氮气、一氧化碳、氢气中一种或多种与氩气的混合气体；
[0025]优选地，所述还原性气氛为氮气、一氧化碳、氢气中一种或多种与氩气的混合气体，所述氩气占所述混合气体总体积的92
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98％。
[0026]优选地，所述磷酸钒锂
‑
碳复合正极材料中，碳的占比为1.5
‑
5wt％。
[0027]本申请还提供一种磷酸钒锂
‑
碳复合正极材料，使用所述的磷酸钒锂
‑
碳复合正极材料的制备方法制得。
[0028]本申请还提供一种锂离子电池，包括所述的磷酸钒锂
‑
碳复合正极材料。
[0029]本申请还提供一种涉电设备，包括所述的锂离子电池。
[0030]与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
[0031]本申请提供的磷酸钒锂
‑
碳复合正极材料的制备方法，通过将包括锂源、钒源、磷源、螯合剂、碳源和水在内的原料加热搅拌得到第一固液混合物，再磨制得到第二固液混合物，然后把干燥后得到的前驱体在还原性气氛中煅烧得到所述磷酸钒锂
‑
碳复合正极材料；结合了常规溶胶凝胶法和水热法合成温度低、产品均匀性以及电化学性能好的优点，弥补了市场上磷酸铁锂电化学性能不佳的缺点；
[0032]该方法工艺简单，条件容易达到，易于转化为工业化生产。
[0033]本申请提供的磷酸钒锂
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碳复合正极材料，均匀性好，电化学性能优异。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
[0035]图1为本专利技术实施例1获得的磷酸钒锂/碳复合材料的XRD图；
[0036]图2为本专利技术实施例1获得的磷酸钒锂/碳复合材料的SEM图；
[0037]图3为本专利技术实施例1获得的磷酸钒锂/碳复合材料电极在3～4.3V电压范围内的常温循环性能图；
[0038]图4为本专利技术实施例1获得的磷酸钒锂/碳复合材料电极在3～4.3V电压范围内的低温循环性能图；
[0039]图5为本专利技术实施例1获得的磷酸钒锂/碳复合材料电极在3～4.5V电压范围内的常温循环性能图；
[0040]图6为本专利技术实施例2获得的磷酸钒锂/碳复合材料的XRD图；
[0041]图7为本专利技术实施例2获得的磷酸钒锂/碳复合材料电极在3～4.3V电压范围内的常温循环性能图；
[0042]图8为本专利技术实施例3获得的磷酸钒锂/碳复合材料的XRD图；
[0043]图9为本专利技术实施例4获得的磷酸钒锂/碳复合材料的XRD图。
具体实施方式
[0044]如本文所用之术语：
[0045]“由
……
制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸钒锂
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碳复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括：将包括锂源、钒源、磷源、螯合剂、碳源和水在内的原料混合，加热搅拌得到第一固液混合物；将所述第一固液混合物进行磨制得到第二固液混合物，然后将所述第二固液混合物干燥得到前驱体；将所述前驱体在还原性气氛中煅烧得到所述磷酸钒锂
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碳复合正极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂源包括磷酸二氢锂、碳酸锂、磷酸锂、氢氧化锂和醋酸锂中的一种或多种；优选地，所述钒源包括五氧化二钒和/或偏钒酸铵；优选地，所述磷源包括磷酸二氢锂、磷酸锂、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸铵中的一种或多种；优选地，所述螯合剂包括草酸和/或柠檬酸；优选地，所述碳源包括乙炔黑、超导炭黑、柠檬酸、石墨烯和可溶糖类中的一种或多种；优选地，所述锂源、钒源、磷源、螯合剂、碳源的摩尔比为1:(2
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4):(1
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2):(2
‑
4)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌的温度为50
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80℃，时间为0.5
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1h；优选地，所述磨制使用球磨或砂磨；优选地，所述磨制之前调整所述第一固液混合物的pH；优选地，所述磨制之前调整所述第一固液混合物的pH至3
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4或10
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11；优选地，所述球磨的转速为200
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500rpm，球料比为(1

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，王跃林，龙志林，杨志诚，练平，余锋磊，
申请(专利权)人：湖南裕能新能源电池材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：