專利名稱：一種淬冷法制備磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池復合正極材料磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰的制備方法，特別是涉及噴霧干燥-淬冷法制備復合正極材料^LiFePO4 · ^Li3V2 (PO4) 3的方法。
背景技術：
LiFePO4和Li3V2 (PO4) 3是兩種代表性的磷酸鹽體系正極材料，但LiFePO4的導電性很差，在大電流放電時容量衰減快，低溫性能和倍率性能差；Li3V2(PO4)3具有理論比容量高(197 mAh · g—1)、工作電位高(3.6-4. 5V vs. Li/Li+)、結構穩(wěn)定、電化學性能良好等優(yōu)點，但其晶體結構中金屬離子相隔較遠，降低了材料中電子的遷移率，導致材料的電子導電率較低，在大電流下進行充放電效果不理想，將兩種傳統(tǒng)的磷酸鹽系正極材料LiFePO4和 Li3V2(PO4)3 —起復制備出來，利用Li3V2(PO4)3的高離子導電性、高理論比容量、高放電電壓平臺、良好的低溫放電性能等優(yōu)勢來對LiFePO4基材料進行改性，是一種行之有效的方法。 目前有Jun-chao Zheng、Mu Rong Yang、Lina Wang等人分別用濕化學還原法、固相燒結法、流變相法等合成出了一系列復合正極材料，雖然材料的電化學性能良好，然而材料的振實密度低，大倍率充放電性能不夠理想。如何進一步提高復合材料的能量密度和大倍率充放電性能，使其完全滿足動力電池的使用要求，是目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能大幅度提高復合正極材料磷酸鐵鋰_磷酸釩鋰振實密度和大倍率充放電性能的方法。本發(fā)明的技術方案包括以下步驟
(1)將釩源化合物、鐵源化合物、鋰源化合物和磷源化合物按復合材料 XLiFePO4-J^Li3V2 (PO4)3的化學計量比混合均勻；
(2)按照碳源與復合材料的質量比為1:20 10:1加入碳源，攪拌混合，并均勻分散在溶劑中，然后進行噴霧干燥，制備出球形前軀體混合物；
(3)將球形前軀體混合物置于非氧化性氣氛中在500 900°C恒溫煅燒2 48小時；
(4)將高溫粉末迅速轉移至低溫介質中，在淬冷溫度為_209°C 35°C淬冷Imin 2h， 制得磷酸鐵鋰_磷酸釩鋰(XLiFePO4 · J^Li3V2 (PO4) 3)復合材料。所述溶劑是水、乙醇、甲醇、丙酮中的一種。所述低溫介質是水、液氮、干冰中的一種。所述淬冷溫度為-195°C 0°C ；淬冷時間為0. 5 h。本發(fā)明采用噴霧_急冷法合成復合正極材料，一方面利用噴霧干燥制備出規(guī)則的球形復合材料前軀體，提高復合材料的振實密度，進而提高能量密度；另一方面通過急冷法使復合材料具有細小的晶體顆粒，縮短鋰離子的擴散路程，急冷法還可以使材料晶體生成一些缺陷，從而增多鋰離子的擴散通道，增強材料的導電性，提高材料的倍率性能。利用噴霧_急冷法合成的磷酸鐵鋰_磷酸釩鋰復合材料顆粒呈規(guī)則球形并且粒徑分布均勻，具有高振實密度；電子導電性明顯得到提高，具有良好的大倍率充放電性能。


圖1是實施例1中2號樣品的X射線衍射圖譜； 圖2是實施例1中2號樣品的掃描電鏡圖3是實施例1中2號樣品的充放電曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1:
以五氧化二釩、磷酸鐵、碳酸鋰、磷酸二氫氨為原料，按復合材料 XLiFePO4 VLi3V2(PO4)3的化學計量比n=5:1混合均勻，加入一定量的檸檬酸，在水中攪拌分散均勻，然后經(jīng)噴霧干燥，接著裝入管式爐中，在氬氣氣氛下，溫度在600°C恒溫18小時， 然后將高溫爐料迅速分別置于25°C的水、-193°C的液氮、-78°C的干冰中淬冷0. 5小時，所得的材料經(jīng)X射線衍射分析為單斜晶型和橄欖石型并存，即為XLiFePO4 ^Li3V2 (PO4) 3的復合結構。通過SEM可得到產(chǎn)物為球形，振實密度如表1。將所得到的產(chǎn)物組裝成扣式電池在 IOC的倍率下進行充放電，他們的首次放電容量見表1
表權利要求
1.一種淬冷法制備磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將釩源化合物、鐵源化合物、鋰源化合物和磷源化合物按復合材料 XLiFePO4-J^Li3V2 (PO4)3的化學計量比混合均勻；(2)按照碳源與復合材料的質量比為1:20 10:1加入碳源，攪拌混合，并均勻分散在溶劑中，然后進行噴霧干燥，制備出球形前軀體混合物；(3)將球形前軀體混合物置于非氧化性氣氛中在500 900°C恒溫煅燒2 48小時；(4)將高溫粉末迅速轉移至低溫介質中，在淬冷溫度為_209°C 35°C淬冷Imin 2h， 制得磷酸鐵鋰_磷酸釩鋰(XLiFePO4 · J^Li3V2 (PO4) 3)復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的淬冷法制備磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰的方法，其特征在于，所述溶劑是水、乙醇、甲醇、丙酮中的一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的淬冷法制備磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰的方法，其特征在于，所述低溫介質是水、液氮、干冰中的一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的淬冷法制備磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰的方法，其特征在于，所述淬冷溫度為-195°C 0°C ；淬冷時間為0. 5 h。
全文摘要
一種淬冷法制備磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰的方法。包括將釩源化合物、鐵源化合物、鋰源化合物和磷源化合物按復合材料的化學計量比混合均勻，再加入碳源攪拌混合，并均勻分散在溶劑中，經(jīng)噴霧干燥制備出球形前軀體混合物，再置于非氧化性氣氛中在500～900℃煅燒2～48小時，最后將高溫粉末迅速轉移至至-209℃～35℃的低溫介質中淬冷1min～2h，制得磷酸鐵鋰-磷酸釩鋰復合材料。本發(fā)明可制備出高振實密度、高倍率性能的復合正極材料，大大提高了材料的能量密度和倍率性能。
文檔編號H01M4/58GK102361080SQ20111033700
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權日2011年10月31日
發(fā)明者張佳峰, 張寶, 鄭俊超 申請人:中南大學, 深圳科雷拉能源科技有限公司