一种原位碳包裹钼酸钒锂复合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原位碳包裹钼酸钒锂复合材料及其制备方法和应用，属于锂离子电极材料技术领域。所述制备方法包括以下步骤：S1.按化学式Li3V(MoO4)3中Mo、V和Li元素的摩尔比称取钼源、钒源和锂源加入到球磨溶剂中，并加入添加剂，然后进行研磨，得到悬浮颗粒粒径为100nm～3μm的前驱体混合液；S2.将步骤S1得到的前驱体混合液进行喷雾干燥，得到尺寸为4～20μm的前驱体粉体；S3.将步骤S3得到的前驱体粉体置于保护气氛中，并在500～700℃下进行烧结，冷却，得到原位碳包裹钼酸钒锂复合材料。通过本发明专利技术的方法制备得到的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料具有充放电容量高、库伦效率高、高倍率性能、高循环稳定性等优点。高循环稳定性等优点。高循环稳定性等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种原位碳包裹钼酸钒锂复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电极材料
，特别涉及一种原位碳包裹钼酸钒锂复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着全球石油等燃料的枯竭和环境的恶化，人们对绿色可再生能源的需求在不断增长，大规模能源存储系统的探索研究是解决绿色可再生能源间断性、不连续性供电问题的关键。锂离子电池作为能源存储装置中重要的储能系统之一，具有循环寿命长、比能量大、安全性能好等优异性能，已广泛应用于各行各业。目前在诸多锂离子电池负极材料中，石墨因其来源广泛、储量丰富、振实密度较高、电化学性能稳定等优点而被广泛应用。但石墨的理论容量只有372mAh/g，无法用于高能量密度的锂离子储能器件中，因此寻求高容量、高循环稳定性的锂离子负极材料成为当下的研究热点。钼酸钒锂(Li3V(MoO4)3)作为一种新型的聚阴离子型材料，具有斜方晶系NASICON型晶体结构，晶格中拥有较大的锂离子嵌入脱出通道，是一种理想的锂离子负极材料。但因其电子电导率较低，循环性能和倍率性能较差，限制了其在锂离子电池方面的规模化应用。
[0003]为了更好地发挥钼酸钒锂的电化学性能，专利技术授权专利CN105118980B公开了一种Li3V(MoO4)3锂离子电池负极材料及其制备方法，该方法先将锂源、钒源和钼源按比例混合，然后加入还原剂进行机械活化得到前驱体，接着将前驱体在非氧化环境中烧结，最后得到Li3V(MoO4)3锂离子电池负极材料。该方法在常温下利用还原剂直接将高价钒还原，得到无定型Li3V(MoO4)3前驱体，并通过机械活化辅助低温热处理，提升了Li3V(MoO4)3的比容量。但该方法得到的负极材料在200mA/g倍率下最优的首次可逆比容量(放电)仅为854mA/g，负极材料的比容量仍不高。

技术实现思路

[0004]针对以上现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种原位碳包裹钼酸钒锂复合材料的制备方法，所述方法制备得到的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料具有充放电容量高、库伦效率高、高倍率性能、高循环稳定性等优点。
[0005]为了实现上述目的，具体通过以下技术实现：
[0006]一种原位碳包裹钼酸钒锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1.按化学式Li3V(MoO4)3中Mo、V和Li元素的摩尔比称取钼源、钒源和锂源加入到球磨溶剂中，并加入添加剂，然后进行研磨，得到悬浮颗粒粒径为100nm～3μm的前驱体混合液；
[0008]S2.将步骤S1得到的前驱体混合液进行喷雾干燥，得到尺寸为4～20μm的前驱体粉体；
[0009]S3.将步骤S2得到的前驱体粉体置于保护气氛中，并在500～700℃下进行烧结，然后冷却，得到原位碳包裹钼酸钒锂复合材料。
[0010]优选的，步骤S1中，所述添加剂的用量为钼源、钒源和锂源总质量的2～50％。
[0011]优选的，所述添加剂为C6H
12
O6·
H2O、C
12
H
22
O
11
、可溶性淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、聚丙烯腈(PAN)、酚醛树脂中的任意一种或一种以上的混合物。
[0012]优选的，所述钼源为MoO2、MoO3、(NH4)2Mo2O7、(NH4)6Mo7O
24
·
4H2O中的任意一种或一种以上的混合物。
[0013]优选的，所述钒源为V2O3、VO2、V2O5、NH4VO3中的任意一种或一种以上的混合物。
[0014]优选的，所述锂源为LiOH
·
H2O、CH3COOLi
·
2H2O、LiNO3、LiCl、Li2CO3中的任意一种或一种以上的混合物。
[0015]优选的，所述球磨溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇中的任意一种或一种以上的混合物。
[0016]优选的，步骤S3中，烧结的时间为4～24h。
[0017]优选的，步骤S1中，所述研磨具体为先将材料进行粗磨，然后再进行砂磨。
[0018]进一步优选的，粗磨的时间为0.5～10h，砂磨的时间为0.5～20h。
[0019]优选的，步骤S2中，所述喷雾干燥的进风温度为150～250℃。
[0020]优选的，喷雾干燥所用的设备为压力喷雾干燥机、离心喷雾干燥剂、气流式喷雾干燥机中的任意一种。
[0021]优选的，步骤S3中，所述保护气氛为氮气气氛或氩气气氛。
[0022]本专利技术的另一目的在于提供一种原位碳包裹钼酸钒锂复合材料，所述复合材料由以上任一项制备方法制备得到，所述复合材料呈球形结构，复合材料的粒径在4～20μm之间，且呈正态分布。
[0023]本专利技术的目的还在于提供以上所述的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料在锂离子负极材料中的应用。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
[0025](1)本专利技术提供的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料的制备方法将液相研磨和喷雾干燥相结合，通过液相研磨将各原料混合均匀，接着喷雾干燥获得球型前驱体，然后在高温下添加剂将高价钒还原，多余的无定型碳包裹在微球表面，最后制得了原位碳包裹钼酸钒锂微米球。微米球粒径在4～20μm之间，呈正态分布，小颗粒可填充在大颗粒的空隙中，增加复合材料的振实密度和能量密度，有利于电极材料和电解质之间的电接触，使锂离子的扩散得到增强；热解无定型碳的包裹可增加复合材料的电子电导率。
[0026](2)本专利技术制备的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料具有充放电容量高、库伦效率高、高倍率性能、高循环稳定性等优点；在0.01
‑
3V的电压范围内，0.2A/g电流密度下的首次放电比容量可达到1186.6mAh/g，首次充电比容量达到877.9mAh/g，首次库伦效率达到73.98％；同时在0.5A/g电流密度下仍有804.4mAh/g的首次放电比容量，循环500次后，依然可以发挥出424.6mAh/g的放电比容量，容量保持率可以达到52.8％。
[0027](3)本专利技术提供的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料的制备方法工艺简单，产品一致性好，适用于批量工业化生产。
附图说明
[0028]图1：实施例1所制备的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料的XRD图；
[0029]图2：实施例1所制备的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料的SEM图；
[0030]图3：实施例1所制备的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料在0.01
‑
3V电压区间内，0.2A/g电流密度下的充放电曲线图；
[0031]图4：实施例1所制备的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料在0.01
‑
3V电压区间内，0.5A/g电流密度下的循环稳定性图。
具体实施方式
[0032]下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位碳包裹钼酸钒锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.按化学式Li3V(MoO4)3中Mo、V和Li元素的摩尔比称取钼源、钒源和锂源加入到球磨溶剂中，并加入添加剂，然后进行研磨，得到悬浮颗粒粒径为100nm～3μm的前驱体混合液；S2.将步骤S1得到的前驱体混合液进行喷雾干燥，得到尺寸为4～20μm的前驱体粉体；S3.将步骤S2得到的前驱体粉体置于保护气氛中，并在500～700℃下进行烧结，冷却，得到原位碳包裹钼酸钒锂复合材料。2.根据权利要求1所述的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述添加剂的用量为钼源、钒源和锂源总质量的2～50％。3.根据权利要求1所述的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述添加剂为C6H
12
O6·
H2O、C
12
H
22
O
11
、可溶性淀粉、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯腈、酚醛树脂中的任意一种或一种以上的混合物。4.根据权利要求1所述的原位碳包裹钼酸钒锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述钼源为MoO2、MoO3、(NH4)2Mo2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮玉强，杨采生，陈晶晶，杜诚悦，熊美淇，杨雄，王兆阳，王锋，丁瑜，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：