高倍率低温磷酸钒锂正极材料及其制备的锂电池制造技术

本发明专利技术公开了高倍率低温磷酸钒锂正极材料及其制备的锂电池，属于正极材料加工技术领域，用于解决现有技术中的磷酸钒锂正极材料的容量低，在低温

【技术实现步骤摘要】
高倍率低温磷酸钒锂正极材料及其制备的锂电池


[0001]本专利技术涉及正极材料加工
，具体涉及高倍率低温磷酸钒锂正极材料及其制备的锂电池
。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，电动汽车
、
储能系统和便携式电子设备的普及，可充电锂离子电池的需求日益增长，对锂离子电池的性能要求也在不断提高，锂电池作为一种高能量密度
、
长循环寿命的电池，广泛应用于便携式电子产品等领域，磷酸钒锂
(Li3V2(PO4)3)
正极材料是一种常见的锂离子电池正极材料，在锂离子电池中具有广泛应用前景
。
[0003]而现有技术中的磷酸钒锂正极材料通常是以磷酸钒锂
、
导电剂
、
粘结剂等材料组成，磷酸钒锂离子电导率大，磷酸钒锂正极材料在室温环境下的理论比容量仅为
133mA
·
h/g
，在低温环境和高倍率环境中，电极材料的稳定性差，电解液和电极材料之间容易发生副反应，造成正极固态电解质界面过度生长，正极材料的结构发生破坏，导致正极电极与电解液相容性变差，磷酸钒锂正极材料的容量保有率会快速下降，磷酸钒锂正极材料在低温
、
高倍率环境中的表现出的充放电性能有待进一步提高；
[0004]针对此方面的技术缺陷，现提出一种解决方案
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供高倍率低温磷酸钒锂正极材料及其制备的锂电池，用于解决现有技术中的磷酸钒锂正极材料的容量低，在低温
、
高倍率环境中电解液和电极材料之间容易发生副反应，造成正极固态电解质界面过度生长，正极材料的结构发生破坏，导致正极电极与电解液相容性变差，磷酸钒锂正极材料的容量保有率会快速下降，磷酸钒锂正极材料在低温环境
、
高倍率环境中的表现出的充放电性能有待进一步提高的技术问题
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：高倍率低温磷酸钒锂正极材料，所述磷酸钒锂正极材料由以下步骤加工而成：
[0007]S1、
将改性石墨
、
石墨烯
、
去离子水加入到锥形瓶中，锥形瓶温度升高至
50
‑
60℃
，超声分散6‑
8h
，后处理得到改性石墨烯；
[0008]改性石墨烯的合成反应原理为：
[0009]改性石墨与石墨烯在去离子水中超声分散混合，改性石墨表面的如羟基
、
羰基等含氧官能团能够与石墨烯表面的碳原子形成氢键或氢氧键，与石墨烯紧密结合在一起后，通过
0.45
μ
m
滤膜过滤，将未吸附在石墨烯分子表面的改性石墨洗脱掉，制备得到负载有改性石墨的改性石墨烯；
[0010]S2、
将改性石墨烯
、
乙二醇加入到三口烧瓶中，超声分散
30
‑
50min
，将三口烧瓶固定在带有机械搅拌的铁架台上搅拌，三口烧瓶温度升高至
115
‑
125℃
，向三口烧瓶中加入
25wt
％硝酸铈水溶液，保温处理2‑
3h
，后处理得到复合石墨烯；
[0011]复合石墨烯的合成反应原理为：
[0012]改性石墨烯上的含氮官能团具有亲和性，可以吸附金属离子并与金属离子形成配位键或配位化合物，制备得到负载有氧化铈的复合石墨烯；
[0013]S3、
将复合石墨烯
、
去离子水加入到三口烧瓶中，超声分散
40
‑
60min
，向三口烧瓶中加入碳酸锂
、
磷酸
、
偏钒酸铵，三口烧瓶温度升高至
70
‑
80℃
，超声分散
30
‑
40min
，向三口烧瓶中加入丙三醇，保温超声3‑
4h
，将三口烧瓶转移到带有机械搅拌的铁架台上搅拌，三口烧瓶温度升高至体系回流，保持回流反应
20
‑
24h
，后处理得到掺杂磷酸钒锂粉末；
[0014]S4、
将改性液
、
掺杂磷酸钒锂粉末加入到行星式球磨机中，以
400r/min
的转速，球磨混合
4h
，减压蒸除乙醇后，将反应体系转移到温度为
800
‑
850℃
的煅烧炉中，保温煅烧3‑
5h
，降温至室温，得到复合磷酸钒锂粉末；
[0015]S5、
将复合磷酸钒锂粉末
、
导电剂和粘结剂按用量比
8g:1g:3g
加入到烧杯中混合均匀，调制成膏状物均匀涂覆在铝箔上，将涂好的铝箔放置到干燥箱中，设置干燥箱温度为
60
‑
70℃
，真空干燥至恒重，之后将在
10MPa
压力下压制
5min
，得到磷酸钒锂正极材料
。
[0016]进一步的，所述改性石墨由以下步骤加工而成：
[0017]A1、
将石墨和浓硫酸加入到三口烧瓶中搅拌，三口烧瓶温度降低至
15
‑
25℃
，向三口烧瓶中分批加入高铈酸钾粉末，三口烧瓶温度升高至
40
‑
50℃
，保温反应3‑
5h
；
[0018]取另一个三口烧瓶，向三口烧瓶中加入纯化水，将硫酸反应体系缓慢加入到纯化水中，三口烧瓶温度升高至
90
‑
96℃
，向三口烧瓶中滴加
30wt
％双氧水，待体系变透亮后，后处理得到氧化石墨；
[0019]A2、
将氧化石墨
、10wt
％氨水加入到三口烧瓶中，超声分散
40
‑
60min
后，将三口烧瓶固定在带有机械搅拌的铁架台上，三口烧瓶温度升高至体系回流，保持回流反应
20
‑
22h
，后处理得到改性石墨
。
[0020]改性石墨烯的合成反应原理为：
[0021]通过浓硫酸和高铈酸钾对石墨进行氧化处理，在浓硫酸和高铈酸钾的氧化作用下，石墨中和的碳分子被氧化成碳氧化物导致石墨结构变小的同时，使得石墨颗粒发生膨胀，并在石墨颗粒的表面生成羟基和羰基等含氧官能团，经过稀释后，向反应体系中加入双氧水，在酸性条件下，双氧水表现出的强氧化性能够对石墨颗粒进一步的氧化，在石墨颗粒的表面形成羟基的同时，减小石墨颗粒的粒径，经过
0.45
μ
m
滤膜负压过滤，制备得到粒径低于
0.45
μ
m
的石墨颗粒，石墨颗粒表面的含氧官能团与小粒径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
高倍率低温磷酸钒锂正极材料，其特征在于，所述磷酸钒锂正极材料由以下步骤加工而成：
S1、
将改性石墨
、
石墨烯
、
去离子水加入到锥形瓶中，锥形瓶温度升高至
50
‑
60℃
，超声分散6‑
8h
，后处理得到改性石墨烯；
S2、
将改性石墨烯
、
乙二醇加入到三口烧瓶中，超声分散
30
‑
50min
，将三口烧瓶固定在带有机械搅拌的铁架台上搅拌，三口烧瓶温度升高至
115
‑
125℃
，向三口烧瓶中加入
25wt
％硝酸铈水溶液，保温处理2‑
3h
，后处理得到复合石墨烯；
S3、
将复合石墨烯
、
去离子水加入到三口烧瓶中，超声分散
40
‑
60min
，向三口烧瓶中加入碳酸锂
、
磷酸
、
偏钒酸铵，三口烧瓶温度升高至
70
‑
80℃
，超声分散
30
‑
40min
，向三口烧瓶中加入丙三醇，保温超声3‑
4h
，将三口烧瓶转移到带有机械搅拌的铁架台上搅拌，三口烧瓶温度升高至体系回流，保持回流反应
20
‑
24h
，后处理得到掺杂磷酸钒锂粉末；
S4、
将改性液
、
掺杂磷酸钒锂粉末加入到行星式球磨机中，以
400r/min
的转速，球磨混合
4h
，减压蒸除乙醇后，将反应体系转移到温度为
800
‑
850℃
的煅烧炉中，保温煅烧3‑
5h
，降温至室温，得到复合磷酸钒锂粉末；
S5、
将复合磷酸钒锂粉末
、
导电剂和粘结剂按用量比
8g:1g:3g
加入到烧杯中混合均匀，调制成膏状物均匀涂覆在铝箔上，将涂好的铝箔放置到干燥箱中，设置干燥箱温度为
60
‑
70℃
，真空干燥至恒重，之后将在
10MPa
压力下压制
5min
，得到磷酸钒锂正极材料
。2.
根据权利要求1所述的高倍率低温磷酸钒锂正极材料，其特征在于，所述改性石墨由以下步骤加工而成：
A1、
将石墨和浓硫酸加入到三口烧瓶中搅拌，三口烧瓶温度降低至
15
‑
25℃
，向三口烧瓶中分批加入高铈酸钾粉末，三口烧瓶温度升高至
40
‑
50℃
，保温反应3‑
5h
；取另一个三口烧瓶，向三口烧瓶中加入纯化水，将硫酸反应体系缓慢加入到纯化水中，三口烧瓶温度升高至
90
‑
96℃
，向三口烧瓶中滴加
30wt
％双氧水，待体系变透亮后，后处理得到氧化石墨；
A2、
将氧化石墨
、10wt
％氨水加入到三口烧瓶中，超声分散
40
‑
60min
后，将三口烧瓶固定在带有机械搅拌的铁架台上，三口烧瓶温度升高至体系回流，保持回流反应
20
‑
22h
，后处理得到改性石墨
。3.
根据权利要求2所述的高倍率低温磷酸钒锂正极材料，其特征在于，步骤
A1
中石墨
、
浓硫酸
、
高铈酸钾
、
纯化水和
30wt
％双氧水的用量比为
10g:50mL:6g:300mL:8mL
，所述后处理操作包括：反应至体系变透亮后，三口烧瓶温度自然降低温至室温，将反应液转移到透析袋中，在去离子水环境中透析
14
‑
16
天，得到黑色胶体，将黑色胶体放置到冻干机中，设置冻干温度为
‑
25℃
，冻干，得到氧化石墨；步骤
A2
中氧化石墨与
10wt
％氨水的用量比为<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨红帅，张思方，黄鹏磊，
申请(专利权)人：安徽力源新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：