一种超细磷酸钒锂纳米微晶集成片及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种超细磷酸钒锂纳米微晶集成片及其制备方法与应用，所述制备方法包括步骤：将氧化石墨烯、钒源、锂源、磷源配置成混合液，超声搅拌后向所述混合液内加入还原剂，反应后冷冻干燥，得到磷酸钒锂前驱体粉末；将所述磷酸钒锂前驱体粉末在保护气氛下进行烧结，得到磷酸钒锂纳米微晶材料；将所述磷酸钒锂纳米微晶材料、导电添加剂、粘结剂与有机溶剂混合制成电极浆料，将所述电极浆料涂覆于集流体上，干燥后即得到超细磷酸钒锂纳米微晶集成片。本发明专利技术提供的超细磷酸钒锂纳米微晶集成片，通过缓解锂离子嵌入、脱出造成产热效应，进而提升材料的安全性能，使安全性能不再成为锂离子电池应用的障碍。离子电池应用的障碍。离子电池应用的障碍。

【技术实现步骤摘要】
一种超细磷酸钒锂纳米微晶集成片及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电化学储能
，具体而言，涉及一种超细磷酸钒锂纳米微晶集成片及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池是现代高性能电池的代表，其主要组成部分包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜、粘结剂等；其中正极材料是锂离子电池非常重要的组成部分之一，它对电池的安全性、能量密度及电化学性能有重要的影响。现在使用的主流正极材料包括磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂等，磷酸铁锂优点是安全性较高、耐高温，缺点是低温性能差、能量密度低；镍钴锰酸锂优点是能量密度高、电压平台高，缺点是安全性能差、寿命短；锰酸锂优点是制备简易、安全性较高，缺点是耐高温性能差、寿命短；由于现行材料的性能差别大，优缺点明显，正极材料性能的不均衡限制了锂离子电池的广泛应用。
[0003]且正极材料本身的热稳定性决定了其自身的稳定性，再加上充放电过程中，锂离子的嵌入与脱嵌引起材料晶体结构的变化产热引起材料的不稳定，从而影响电池的安全性，此外，正极材料与电解液的反应也会产热，并引起材料表面的微观变化，增加锂离子嵌入脱嵌的阻力，导致锂离子在电极中的扩散速率降低，也影响了锂离子电池的安全性能。
[0004]磷酸钒锂纳米微晶作为一种能够工业化大规模生产和应用的新型材料，已经应用于锂离子电池领域，但是这些技术方案大多将磷酸钒锂与其它材料掺杂或者复合，再应用到电池中，以便改善电池的循环寿命，并不涉及电池的安全性能及其解决办法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种超细磷酸钒锂纳米微晶集成片及其制备方法与应用，以解决现有磷酸钒锂作用于锂电池电极时产热高、安全性差的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种超细磷酸钒锂纳米微晶集成片的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1、将氧化石墨烯、钒源、锂源、磷源配置成混合液，超声搅拌后向所述混合液内加入还原剂，反应后冷冻干燥，得到磷酸钒锂前驱体粉末；
[0009]S2、将所述磷酸钒锂前驱体粉末在保护气氛下进行烧结，得到磷酸钒锂纳米微晶材料；
[0010]S3、将所述磷酸钒锂纳米微晶材料、导电添加剂、粘结剂与有机溶剂混合制成电极浆料，将所述电极浆料涂覆于集流体上，干燥后即得到超细磷酸钒锂纳米微晶集成片。
[0011]按上述方案，步骤S1中，所述氧化石墨烯、所述钒源、所述锂源、所述磷源、所述草酸的质量比为(0.1
‑
1)：(3
‑
5)：(1
‑
2)：(3
‑
5)：(0.5
‑
1.5)。
[0012]按上述方案，所述钒源包括五氧化二钒或偏钒酸铵，所述锂源包括碳酸锂、草酸锂和硝酸锂中的一种，所述磷源包括磷酸，所述还原剂包括草酸或醋酸。
[0013]按上述方案，所述超声搅拌的温度为10
‑
30℃，搅拌时间为30
‑
60min。
[0014]按上述方案，步骤S2中，所述烧结的温度200
‑
500℃、保温时间为1
‑
5h、升温速率2
‑
10℃min
‑
1。
[0015]按上述方案，步骤S3中，所述磷酸钒锂纳米微晶材料、所述导电添加剂和所述粘结剂的质量比为(5
‑
8):(1
‑
4):(1
‑
4)。
[0016]按上述方案，所述导电添加剂为乙炔黑，所述粘结剂为聚偏二氟乙烯PVDF，所述有机溶剂为乙醇或N
‑
甲基吡咯烷酮，所述集流体包括铝箔。
[0017]在上述方案基础上，本专利技术第二目的在于提供一种由上述制备方法制得的超细磷酸钒锂纳米微晶集成片。
[0018]按上述方案，所述超细磷酸钒锂纳米微晶集成片包括集流体和包覆在所述集流体表面的电极层，所述电极层的厚度在10μm至300μm范围内。
[0019]在上述方案基础上，本专利技术第三目的在于提供上述超细磷酸钒锂纳米微晶集成片在锂离子电池领域的应用。
[0020]相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：
[0021](1)本专利技术提供的超细磷酸钒锂纳米微晶集成片，采用具有良好安全性的钒系材料，显著降低了锂离子嵌入、脱出造成产热效应，作为正极与石墨负极组装而成的扣式电池具有较好的循环性能和安全性能。
[0022](2)本专利技术提供的制备方法操作简单、成本低，适合工业化生产。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一些简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术实施例1所述磷酸钒锂纳米微晶材料的TEM图；
[0025]图2为本专利技术实施例1所述磷酸钒锂纳米微晶材料的SEM图；
[0026]图3为本专利技术实施例1所述磷酸钒锂纳米微晶材料的XPS图；
[0027]图4为本专利技术实施例1所述超细磷酸钒锂纳米微晶集成片与石墨负极组装而成的扣式全电池在常温下的比容量
‑
电压
‑
循环曲线图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例作详细的说明。
[0029]应当说明的是，在本申请实施例的描述中，术语“一些具体实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0030]本实施例的“在...范围内”包括两端的端值，如“在1至100范围内”，包括1与100两端数值。
[0031]本专利技术实施例提供了一种超细磷酸钒锂纳米微晶集成片的制备方法，包括如下步骤：
[0032]S1、将氧化石墨烯、钒源、锂源、磷源配置成混合液，10
‑
30℃下超声搅拌30
‑
60min后，向混合液内加入还原剂，反应后冷冻干燥，得到磷酸钒锂前驱体粉末。
[0033]具体地，先将氧化石墨烯配置成溶液A，再将钒源、锂源、磷源配置成溶液B，将溶液A与溶液B混合搅拌均匀后再加入还原剂，搅拌均匀后通过冷冻干燥，得到磷酸钒锂前驱体粉末。
[0034]进一步地，加入的还原剂的质量分数为20％wt
‑
60％wt。
[0035]其中，氧化石墨烯、钒源、锂源、磷源、草酸的质量比为(0.1
‑
1)：(3
‑
5)：(1
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超细磷酸钒锂纳米微晶集成片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将氧化石墨烯、钒源、锂源、磷源配置成混合液，超声搅拌后向所述混合液内加入还原剂，反应后冷冻干燥，得到磷酸钒锂前驱体粉末；S2、将所述磷酸钒锂前驱体粉末在保护气氛下进行烧结，得到磷酸钒锂纳米微晶材料；S3、将所述磷酸钒锂纳米微晶材料、导电添加剂、粘结剂与有机溶剂混合制成电极浆料，将所述电极浆料涂覆于集流体上，干燥后即得到超细磷酸钒锂纳米微晶集成片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述氧化石墨烯、所述钒源、所述锂源、所述磷源、所述草酸的质量比为(0.1
‑
1)：(3
‑
5)：(1
‑
2)：(3
‑
5)：(0.5
‑
1.5)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述钒源包括五氧化二钒或偏钒酸铵，所述锂源包括碳酸锂、草酸锂和硝酸锂中的一种，所述磷源包括磷酸，所述还原剂包括草酸或醋酸。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述超声搅拌的温度为10
‑
30℃，搅拌时间为30
‑
60mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵历，徐林，张建永，费凡，于静远，王学文，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：