一种磷酸钒铁锂正极材料的制备方法

本发明涉及锂离子电池制造-循环利用领域，具体涉及一种磷酸钒铁锂正极材料的制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长等诸多优点，它的发展已经普遍覆盖了包括笔记本电脑，数码相机等领域，也成为了未来交通领域和计算机领域的不可或缺的重要理想能源。随着可充电电池在便携式电子设备，电动汽车和能量存储系统等各种应用领域的需求日益增长，而与此同时传统能源的日渐枯竭，新能源的发展已经是大势所趋。磷酸铁锂由于其具有资源丰富、环境友好、无毒害、高温稳定性好、安全性高、循环寿命长、价格相对低廉等特点，逐渐成为近年来研究的热点，并有成为主流电池材料的趋势。

2、锂离子电池储能将成为能源转型最有应用前景的技术。众多储能锂电池中，磷酸铁锂电池是能满足储能电池本质安全、高可靠、低成本、高功率、长寿命要求的最优电池体系，因此，磷酸铁锂市场前景非常广阔。然而，规模化储能对电池的倍率性能提出了更高的要求。

技术实现思路

1、针对上述技术存在的问题及不足，本发明提供一种磷酸钒铁锂正极材料的制备方法，本方法可以简单、高效的制得高倍率磷酸钒铁锂/碳正极材料。

2、具体来讲，本发明提供的是一种一步法制备多功能核壳结构磷酸钒铁锂复合正极材料的制备方法。主要创新点在于：利用钒在磷酸铁锂晶格中的溶解度在500～850℃范围内随温度的变化规律，采用高温固相法同步实现磷酸铁锂体相钒掺杂、自蔓延磷酸钒锂及导电炭复合包覆的life1-x-3/2ymxvypo4@δli3v2(po4)3/c复合储锂正极材料。这可以有效解决传统的械融合法、高温固相法、溶胶凝胶法等方法对原材料、设备及工艺条件要求高、包覆膜均匀性差及结构调控难度大等问题。电化学性能方面，该方法可同步实现磷酸铁锂体相钒掺杂、超离子导电li3v2(po4)3包覆和高电子导电碳膜复合包覆，极大提高磷酸铁锂的倍率性能。本发明提供一种磷酸钒铁锂正极材料的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)按磷酸钒铁锂正极材料的化学计量比称取锂源、磷源、钒源及铁源，并加入碳源，得到混合物，将混合物在分散介质中机械活化获得前驱浆料；

4、(2)将步骤(1)所得到的前驱浆料在100～120℃进行干燥处理10～20h，得到纳米级前驱材料；

5、(3)将步骤(2)所得的前驱材料在惰性气氛下于600～800℃条件下烧结10～20h，即得到磷酸钒铁锂正极材料。

6、进一步地，所述磷酸钒铁锂正极材料为li3v2(po4)3与碳复合包覆且钒掺杂的磷酸钒铁锂正极材料，其化学通式为life1-x-3/2ymxvypo4@δli3v2(po4)3/c，其中，0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤0.2，0.01≤δ≤0.2。

7、进一步地，步骤(1)所述锂源可以为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、磷酸锂中的一种或几种以任意比例混合。

8、进一步地，步骤(1)所述磷源可以为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢氨、磷酸锂、五氧化二磷、磷酸二氢锂中的一种或几种以任意比例混合。

9、进一步地，步骤(1)所述钒源可以为五氧化二钒、偏钒酸铵、三氧化二钒中的一种或几种以任意比例混合。

10、进一步地，步骤(1)所述碳源的添加量可以为磷酸钒铁锂正极材料质量的5～10％。

11、进一步地，步骤(1)碳源可以为蔗糖、葡萄糖、淀粉、聚偏四氟乙烯中的一种或几种以任意比例混合。

12、进一步地，步骤(1)所述分散介质可以为乙醇、去离子水中的一种或两种以任意比例混合。

13、进一步地，步骤(1)所述机械活化过程可以为球磨或砂磨，球磨或砂磨的转速为100～2000转/分钟，时间为1～20h。

14、进一步地，步骤(3)所述惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛。

15、本发明的有益效果是：

16、1、对原材料适用性强。

17、2、简单易操作。只需简单球磨或砂磨、煅烧即可实现复合材料的高效制备，设备简单成熟，易于技术推广应用。

18、3、同时实现磷酸铁锂体相钒掺杂、超离子导电li3v2(po4)3包覆和高电子导电碳膜复合包覆，极大提高磷酸铁锂的倍率性能。

技术特征：

1.一种磷酸钒铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述磷酸钒铁锂正极材料的方法，其特征在于，所述磷酸钒铁锂正极材料为li3v2(po4)3与碳复合包覆且钒掺杂的磷酸钒铁锂正极材料，其化学通式为life1-x-3/2ymxvypo4@δli3v2(po4)3/c，其中，0.01≤x≤0.2，0.01≤y≤0.2，0.01≤δ≤0.2。

3.根据权利要求1或2所述磷酸钒铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂和磷酸锂中的一种或几种组合。

4.根据权利要求1或2所述磷酸钒铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述磷源为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢氨、磷酸锂、五氧化二磷和磷酸二氢锂中的一种或几种组合。

5.根据权利要求1或2所述磷酸钒铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述钒源为五氧化二钒、偏钒酸铵和三氧化二钒中的一种或几种组合。

6.根据权利要求1或2所述磷酸钒铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源的添加量为磷酸钒铁锂正极材料质量的5～10％。

7.根据权利要求1或2所述磷酸钒铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，碳源为蔗糖、葡萄糖、淀粉和聚偏四氟乙烯中的一种或几种组合。

8.根据权利要求1或2所述磷酸钒铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述分散介质为乙醇、去离子水中的一种或两种组合。

9.根据权利要求1或2所述磷酸钒铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述活化为机械活化，机械活化过程为球磨或砂磨，球磨或砂磨的转速为100～2000转/分钟，时间为1～20h。

10.根据权利要求1或2所述磷酸钒铁锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛。

技术总结本发明公开一种磷酸钒铁锂正极材料的制备方法，按照磷酸钒铁锂的化学计量比，称取所需的铁、钒、锂、磷及碳源，将混合物在分散介质中机械活化形成纳米级浆料；所得到的浆料在100～120℃进行干燥处理，再在惰性气氛下于600～800℃条件下烧结10～20h，即得到磷酸钒铁锂/碳正极材料；本发明所制备的材料为纳米级，颗粒粒度分布均匀，结晶度高，在掺钒磷酸铁锂颗粒表面形成均匀的磷酸钒锂和碳复合导电网络；本发明操作过程简单、适用性强，产品性能优异。技术研发人员：张英杰,曹远鹏,段建国,董鹏,王贤树受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13