一种高倍率磷酸钒锂正极材料及其制备方法和应用_2

文档序号:9647991阅读:来源:国知局
洗,然后放入真空烘箱中进行真空干燥;
[0018](3)将步骤(2)中真空干燥后的前驱体在氩气-氢气混合气氛下进行焙烧处理,即制得长条状的磷酸钒锂/碳复合正极材料。
[0019]更进一步地,步骤(1)中的锂源为乳酸锂、草酸锂、硬脂酸锂、软脂酸锂、海藻酸锂、月桂酸锂、柠檬酸锂及醋酸锂中的一个或它们的组合。
[0020]更进一步地,步骤(1)中的钒源为三异丙氧基氧化钒、氧化二乙酰丙酮合钒、三乙氧基氧化钒、草酸氧钒、硫酸氧钒、三丙醇氧化钒及乙酰丙酮钒中的一个或它们的组合。
[0021]更进一步地,步骤(1)中的磷源为磷酸、偏磷酸、磷酸三乙酯、磷酸酯、磷酸一丁酯、磷酸二丁酯、磷酸三丁脂、亚磷酸三异丙酯及亚磷酸二乙脂中的一个或它们的组合。
[0022]更进一步地,步骤(1)中的碳源为油酸,且油酸的加入量与无水乙醇溶剂的体积比为 0.05-0.005:lo
[0023]更进一步地,步骤(1)中高压反应釜的反应温度为250_500°C,反应压力为2-10MPa,反应时间为0.5-5h。
[0024]更进一步地,步骤⑵中使用体积分数为95%的乙醇进行离心清洗3次,且将前驱体置于真空烘箱中进行真空干燥10_12h;步骤(3)中前驱体进行焙烧处理的温度为600-900°C,时间为 5-24ho
[0025]其三,本发明的一种高倍率磷酸钒锂正极材料的应用,将高倍率磷酸钒锂正极材料应用于锂离子电池正极材料。
[0026]3.有益效果
[0027]采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下显著效果:
[0028](1)本发明的一种高倍率磷酸钒锂正极材料,该正极材料为由碳包覆的不规则长条状结构组成的磷酸钒锂/碳复合正极材料,且上述长条状结构主要由直径为50-200nm的纳米级磷酸钒锂颗粒组成,在锂离子电池应用中,上述较小的结构单元即纳米级磷酸钒锂颗粒可以缩短锂离子的扩散时间,提高其倍率性能;而微米的长条状多级结构可以保证磷酸钒锂正极材料在充放电过程中的结构稳定性,有效防止团聚发生,提高了循环性能。
[0029](2)本发明的一种高倍率磷酸钒锂正极材料的制备方法,通过运用溶剂热法,将锂源、钒源、磷源溶于沸点较低的无水乙醇溶剂中,并添加适量的油酸,将上述反应溶液置于高压反应釜中进行反应,从而得到纳米多级结构的长条状的前驱体,然后经过进一步的烧结处理后得到最终的磷酸钒锂/碳复合正极材料。本发明中通过向反应溶液中加入油酸功能大分子,并严格控制油酸的添加量以及高压反应釜内的反应温度、压力和时间,添加的油酸一方面作为碳源,另一方面能够对形成的纳米结构单元(如纳米磷酸钒锂颗粒等)进行表面修饰,构建异质界面,然后在外界环境的刺激下(适当的温度和压力),运用取向连接、修饰在纳米结构单元上的功能分子间的弱相互作用等原理,控制纳米结构单元的组装行为,从而得到碳包覆的不规则长条状结构的前驱体,且保证长条状结构中磷酸钒锂颗粒尺寸的均匀和细小,从而使所得磷酸钒锂正极材料具有较高的可逆容量、良好的循环稳定性和优异的倍率性能。
[0030](3)本发明的一种高倍率磷酸钒锂正极材料的制备方法,对磷酸钒锂正极材料制备工艺的进步以及纳米结构的设计具有重要的促进作用,有利于促进高磷酸钒锂在动力电池领域的广泛推广和应用。
[0031](4)本发明的一种高倍率磷酸钒锂正极材料的应用,通过将本发明的高倍率磷酸钒锂正极材料应用于锂离子电池正极材料,由于该长条状磷酸钒锂/碳复合正极材料具有较大的比表面积、良好的导电性以及结构稳定性,与锂片作为对电极制成的半电池,表现出较高的比容量、良好的循环稳定性和优异的倍率性能,可满足动力电池的要求。
【附图说明】
[0032]图1为本发明实施例1所得高倍率磷酸钒锂正极材料的X-射线衍射图;
[0033]图2为本发明实施例1所得高倍率磷酸钒锂正极材料的拉曼光谱;
[0034]图3a为本发明实施例1所得高倍率磷酸钒锂正极材料在较低倍率下的扫描电镜照片;
[0035]图3b为本发明实施例1所得高倍率磷酸钒锂正极材料在较高倍率下的扫描电镜照片;
[0036]图4为本发明实施例1所得高倍率磷酸钒锂正极材料对锂片做半电池的首次充放电平台曲线;
[0037]图5为本发明实施例1所得高倍率磷酸钒锂正极材料对锂片做半电池的循环曲线;
[0038]图6为本发明实施例1所得高倍率磷酸钒锂正极材料对锂片做半电池的倍率性會泛。
【具体实施方式】
[0039]为进一步了解本发明的内容,现结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0040]实施例1
[0041]本实施例的一种高倍率磷酸钒锂正极材料的制备方法,是运用溶剂热法在高温高压下进行制备的,其具体步骤为:
[0042](1)先准确称量400mg(l.5mmol)磷酸三丁脂、153mg(l.5mmol)醋酸锂二水合物、348mg(lmmol)乙酰丙酮钒加入到40mL无水乙醇溶剂中,然后再加入1.0mL油酸,超声溶解20分钟后放入到高压反应釜中,在温度400°C (控制升温速率为2°C min %压力6MPa下进行反应lh,即得磷酸钒锂正极材料的前驱体。
[0043](2)将上述制得的磷酸钒锂正极材料的前驱体取出后,采用体积分数为95%的乙醇进行离心清洗3次(离心时,转速为7000rpm min \时间为lOmin),之后将其放入50°C真空烘箱中进行干燥12h。
[0044](3)将干燥后的前驱体在氩气-氢气(混合气体中氢气的体积分数为5% )混合气氛下于750°C进行烧结8h,最终即得到本实施例的高倍率磷酸钒锂正极材料。
[0045]如图1所示为本实施例所得高倍率磷酸钒锂正极材料的X-射线衍射图,该图谱中所有的X射线粉末衍射峰均指标为磷酸钒锂,由此可见采用本实施例的制备方法能够得到纯相的磷酸钒锂正极材料。图2所示为本实施例所得高倍率磷酸钒锂正极材料的拉曼光谱,图片中的D峰和G峰是碳材料的特征峰,因此可确定本实施例得到的产物为磷酸钒锂/碳复合材料。图3a和图3b为本实施例所得高倍率磷酸钒锂正极材料分别在低倍率和高倍率下的扫描电镜照片,从低倍数照片图3a中可以看出本实施例的磷酸钒锂正极材料为一维“毛毛虫”状(不规则长条状)的形貌结构,该磷酸钒锂正极材料为由大量“毛毛虫”状多级结构组成的磷酸钒锂/碳复合正极材料,从高倍数扫描电镜照片图3b中可以看出上述“毛毛虫”状结构是由大量50-200nm的纳米级磷酸钒锂颗粒组成。在锂离子电池应用中,较小的结构单元即纳米磷酸钒锂颗粒可以缩短锂离子的扩散时间,提高倍率性能,而微米的“毛毛虫”状多级结构则可以保证充放电过程中的结构稳定性,防止团聚,提高磷酸钒锂正极材料的循环性能。
[0046]本实施例制备得到的磷酸钒锂正极材料可用于锂离子电池正极材料,将由本实施例得到的磷酸钒锂正极材料制成的锂离子电池正极材料对锂片做半电池的电化学性能测试。如图4所示为本实施例所得磷酸钒锂/碳复合材料对锂片做半电池在3.0-4.3V电压范围内的首次充放电平台曲线(电流密度0.5C,1C = USmAg1),其充电比容量为128mAhg1,放电容量为126mAh g \接近理论容量132mAh g1。图5所示为本实施例所得磷酸钒锂/碳复合材料对锂片做半电池在3.0-4.3V电压范围内的循环曲线(电流密度0.5C),由图可以看出本实施
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