一种磷酸铁锂-磷酸钒锂复合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磷酸铁锂

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及二次锂离子电池
，具体涉及一种磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池已经逐渐成为了人类社会的不可替代的一部分，如在交通、办公、家庭储能方面发挥着重要作用。而锂离子电池发展的关键在于正极材料。在众多正极材料中，磷酸铁锂(LiFePO4)因其自身高能量密度高，充放电过程中的结构稳定性好及原材料成本低而备受关注。但锂离子扩散系数低，倍率性能差的缺点限制其在高倍率储能器件方面的应用。而科研工作者则采用多种策略用于改善其倍率性能；其中，采用钒(V)元素取代部分够铁(Fe)元素，构筑磷酸铁锂/磷酸钒锂复合正极材料是最重要的方法之一。众所周知，磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3)作为锂离子电池正极材料具有如下优势：(1)高能量密度；(2)高理论容量，其理论容量为197mA h/g，3.0
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4.8V；(3)优异的锂离子扩散能力；(4)出色的热力学及电化学稳定性；结合以上所述，构筑磷酸铁锂/磷酸钒锂复合正极材料将有利于磷酸铁锂在高倍率储能器件领域的应用及推广。
[0003]中国专利CN106450298A公开了一种片状复合正极材料磷酸铁锂
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磷酸钒锂的制备方法，包括以下步骤(1)将钒源、铁源、磷源、锂源、有机碳源，按钒原子、铁原子、磷原子、锂原子、碳原子摩尔比为2:1:4:4:3～5的比例溶于去离子水中，加入表面活性剂，调节pH值，搅拌；(2)转移至高压反应釜中，通入保护性气体，以200～1200rpm的速度，200～300℃的温度，反应10～30h，经洗涤、过滤、干燥后，研磨；(3)在非氧化性气氛下于600～800℃焙烧，即成。该专利技术合成的片状磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料具有优异的电子导电性和离子导电性，电化学性能优异。但是该制备方法将原料溶于水中，原料在水中的溶解性低，因此需要添加乳化剂；此外，该制备方法中使用水热法，工艺复杂。
[0004]此外，构筑纳米材料常是改善锂离子电池电极材料电化学性能的有效途径。其可增大与电解液的接触面积、缩短锂离子的脱嵌距离。但也因其较高的表面活性使得与电解液的副反应增多，极易引发安全隐患。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料，该复合正极材料的放电容量高，倍率性能优异，循环稳定性好。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案得以实现的。
[0007]一种磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料，其分子式为xLiFePO4·
yLi3V2(PO4)3，其中x与y的比值为(3～8):1，x，y代表物质的量。
[0008]本专利技术的磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料，当x与y的比值为(3～8):1时，表现出优异的电化学性能(循环稳定性和较高的比容量)及成本优势；因磷酸钒锂在2.5～4.3电压区间内的理论比容量仅为133mA h/g，当x/y<3时，磷酸钒锂的质量占比较高，从而降低了磷
酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料的比容量，同时随着钒源用量的提高，也提高了复合电极材料的成本。当x/y>8时，由于磷酸铁锂的质量占比过高，其较差的锂离子动力学必将限制磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料倍率性能的发挥。
[0009]优选的，x与y的比值为5:1。
[0010]本专利技术的另一目的在于提供所述磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011]S1、将铁源、钒源、锂源、磷源、碳源加入到有机溶剂中，得到混合液；
[0012]S2、将步骤S1所得的混合液进行研磨，得到前驱体溶液；
[0013]S3、将步骤S2所得的前驱体溶液进行喷雾干燥，得到前驱体粉体；
[0014]S4、将步骤S3所得的前驱体粉体在非氧化性气氛下进行焙烧，焙烧温度为600～850℃，焙烧时间为8～16h，冷却至室温后，得到所述磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料。
[0015]本专利技术采用液相研磨
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喷雾干燥制备磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料，通过液相研磨工序将原材料混合均匀，再通过喷雾干燥工序将研磨后的纳米颗粒构筑在一起，形成粒度分布均匀的xLiFePO4·
yLi3V2(PO4)3多孔球状结构，粒径为10～20μm；与现有技术的纳米材料相比，该微米级的多孔球状结构不仅可以提高正极材料与电解液的浸润性，缩短锂离子的扩散路径，还可以缓解材料的内应力，维持电极材料的结构稳定。此外，具有该结构的电极材料具有较高的振实密度，非常有利于其商业化推广及提高电芯的能量密度。因此，本专利技术制备方法制备的磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料的放电容量高，倍率性能优异，循环稳定性好。
[0016]优选的，步骤S1中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的至少一种。
[0017]优选的，步骤S2中，所述研磨包括粗磨和砂磨，所述粗磨和砂磨的时间均为1～10h。
[0018]优选的，所述碳源的质量为铁源、钒源和锂源总质量的10～50％。
[0019]优选的，所述铁源包括Fe(NO3)3·
9H2O、FePO4·
2H2O、FeC2O4·
2H2O或Fe2O3中的至少一种；所述钒源包括V2O5或NH4VO3中的至少一种；所述锂源包括LiOH
·
H2O、CH3COOLi
·
2H2O、LiNO3或Li2CO3中的至少一种；所述磷源包括NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4或H3PO4中的至少一种；所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、柠檬酸、聚丙烯腈或酚醛树脂中的至少一种。
[0020]优选的，步骤S3中，喷雾干燥造粒设备可以为压力喷雾干燥机、离心喷雾干燥机、气流式喷雾干燥机中的任意一种。
[0021]本专利技术的再一目的在于提供所述磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料在锂离子电池中的应用。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术通过控制LiFePO4与Li3V2(PO4)3的摩尔比为(3～8):1，再结合液相研磨
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喷雾干燥，制备出具有优良的循环稳定性能、高放电容量、高倍率性能的磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料。此外，本专利技术的制备方法工艺简单，所得产品粒度分布均匀。
[0024]本专利技术制备的xLiFePO4·
yLi3V2(PO4)3复合材料具有多孔球状结构，颗粒分布均匀且粒径尺寸10～20μm，能为锂离子提供更多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料，其特征在于，其分子式为xLiFePO4·
yLi3V2(PO4)3，其中x与y的比值为(3～8):1，x，y代表物质的量。2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料，其特征在于，x与y的比值为5:1。3.权利要求1所述的磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将铁源、钒源、锂源、磷源、碳源加入到有机溶剂中，得到混合液；S2、将步骤S1所得的混合液进行研磨，得到前驱体溶液；S3、将步骤S2所得的前驱体溶液进行喷雾干燥，得到前驱体粉体；S4、将步骤S3所得的前驱体粉体在非氧化性气氛下进行焙烧，焙烧温度为600～850℃，焙烧时间为8～16h，冷却至室温后，得到所述磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料。4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂
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磷酸钒锂复合正极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的至少一种。5.根据权利要求3所述的磷酸铁锂
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磷酸钒...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮玉强，杨雄，王锋，丁瑜，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：