本发明专利技术公开了一种新型的磷酸钒锂/竹炭复合正极材料的制备方法，即：以五氧化二钒、氢氧化锂或氟化锂或碳酸锂或乙酸锂、磷酸二氢铵或磷酸、水杨酸或柠檬酸或抗坏血酸或酒石酸或蔗糖、竹炭按照一定的比例混合均匀，在50-80℃水浴中蒸发水分至溶胶形成，并放到真空干燥箱120℃干燥8h得到磷酸钒锂前驱体。冷却到室温下并研磨后放入模具中，在一定压力下压制成圆饼状，然后置于瓷舟中，上面覆盖导电碳黑（SP）粉末，在微波炉中加热一定时间，冷却至室温，取出并研磨得到竹炭包覆的磷酸钒锂/竹炭复合材料样品，从而形成了竹炭连接的导电网络，使其作为锂离子动力电池正极材料使用时，具有高容量、大倍率、长寿命和价格便宜且环保的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学材料制备领域，具体涉及一种高容量、大倍率、长寿命和价格便宜且环保的磷酸钒锂/竹炭复合正极材料的制备方法。
技术介绍
随着不可生能源的日益短缺和人们环保意识的逐渐加强，以及目前出现的全球变暖和生态环境恶化等问题，因此人们为了可持续发展，开发利用新能源是必须解决的问题， 目前出现的新能源包括风能，光能，潮汐能清洁可持续的资源，而电池作为这些能源的能量储存、转换具有非常重大的意义。目前商业化的氧化物锂离子电池存在安全不稳定等因素，因此人们需要研发更高能量密度和高安全性能的正极材料来满足这一问题；聚阴离子材料具有非常稳定的结构， 即使在放电过程中脱出锂离子与过渡金属原子物质的量比大于1时，仍然有非常好的结构稳定性，这一特性正好满足了人们的要求，目前运用的聚阴离子材料主要是磷酸铁锂，与磷酸铁锂正极材料相比，同样作为聚阴离子材料的磷酸钒锂有着更为独到的优势，尖晶石磷酸钒锂的结构使它有了 3维锂离子扩散通道，更高的热力学稳定性，更高的电压平台，更高的电子电导率和理论比能量等特性。但是，磷酸钒锂晶体中原子的紧密堆积方式使锂离子扩散系数和导电率较低，因此倍率性能差；同时，磷酸钒锂的振实密度小，导致磷酸钒锂电池体积比容量小，从而成为其制备和大规模应用的技术“瓶颈”。采取的改进措施主要有(1)碳包覆。碳的引入既能提高电子导电率，又可抑制合成过程中磷酸钒锂颗粒的长大，从而大大提高磷酸钒锂的倍率性能。但碳的密度小，导致掺碳后磷酸钒锂的振实密度减小，影响了电池的体积比容量。(2)掺杂金属离子。通过在磷酸钒锂的锂位或钒位掺杂，既可提高磷酸钒锂的电导率，又可有效阻止磷酸钒锂颗粒的聚集长大，从而减少了锂离子脱嵌的阻力，提高了活性颗粒内部的导电性，但会使磷酸钒锂的理论容量降低。(3)合成纳米粒子。通过优化合成工艺，改善活性粒子的形貌和减小活性粒子的尺寸，也是改善磷酸钒锂电化学性能的有效方法，但粒径越小，振实密度也越小。目前，这些措施均不能完全克服磷酸钒锂的缺点，达到最佳效果。本专利技术提供一种崭新的磷酸钒锂/竹炭复合正极材料，该复合正极材料在目前的文献中还没有报道。该复合材料可同时将纳米、微球、碳覆、形貌控制进行集成，各种优势互相协同，对于磷酸钒锂技术“瓶颈”的突破起重要作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种高容量、大倍率、长寿命和价格便宜且环保的竹炭包覆的新型磷酸钒锂/竹炭复合正极材料制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下本专利技术的磷酸钒锂/竹炭复合正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)竹炭纯化首先进行干馏炭化(氩气保护，炭化温度800°C，炭化时间6 h)，然后将烧制好的竹炭放到玛瑙研钵中，与KOH混合研磨，最后在微波中进行活化后，冷却到室温得到预处理的竹炭；(2)磷酸钒锂前驱体的制备以五氧化二钒，锂源、磷酸二氢铵或磷酸和碳源为原料溶解在一定量的去离子水中，在50-80 °C水浴锅中充分搅拌，并蒸发水分至溶胶形成，并在真空干燥箱120 °C干燥8 h得到磷酸钒锂前驱体；(3)磷酸钒锂/竹炭复合正极材料将(1)中制得的纯化过的竹炭与(2)中制得的磷酸钒锂前驱体按一定配比混合，竹炭加入量为磷酸钒锂量的1-15% ；在50-80 °C水浴中蒸发水分至溶胶形成，冷却至室温得到磷酸钒锂前驱体。将此前驱物混合并研磨放入模具中，在一定压力下压制成圆饼状，然后置于瓷舟中，上面覆盖SP粉末，在微波炉中加热5-30 min, 冷却至室温，取出后研磨得到磷酸钒锂/竹炭复合材料样品。所述的竹炭为竹节、竹根、竹径中的至少一种；竹炭与KOH的质量比为1-2 4-5， 微波活化时间为5-25 min。步骤(2)中以五氧化二钒，锂源、磷酸二氢铵或磷酸和碳源的质量比为0.9-1. 1 1. 4-3. 1 2. 9-3. 1 0. 4-3。所述的锂源为氢氧化锂、氟化锂、碳酸锂、乙酸锂中的至少一种。所述的碳源为水杨酸、柠檬酸、抗坏血酸、酒石酸、蔗糖中的至少一种。本专利技术中，所述的活化后的竹炭具有丰富的孔径，且比表面积大。本专利技术中，所述的竹炭被均勻分散到磷酸钒锂粉体表面或者内部，从而形成了竹炭连接的导电网络，使其作为锂离子动力电池正极材料使用时，具有高容量、大倍率、长寿命和价格便宜且环保的优点，且采用微波加热，可以节约能源、减少合成时间。应用本专利技术所制备的磷酸钒锂/竹炭复合材料与锂片组成模拟电池，在0. 2C下的首次放电比容量可达到 130 mAh/go本专利技术制备工艺简单，无需惰性气体保护，微波合成时间短，成功将竹炭包覆到磷酸钒锂表面。该材料有非常独特之处(1)竹炭本身就是良好的导电剂和电活性物质，且具有丰富的孔径和大的比表面积，它的引入不会降低磷酸钒锂的容量。(2)—方面薄层碳包覆在磷酸钒锂颗粒表面，改善了颗粒之间的导电性；另一方面，一部分竹炭会残留在在磷酸钒锂的内部，提高了颗粒内部的导电性，从而使其倍率性能显著提高。(3)磷酸钒锂/竹炭复合材料具有规则的球状形貌。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备的活化后的竹炭(a.竹径；b.竹节；C.竹根)的 SEM 图。图2为本专利技术实施例1至实施例8所制备磷酸钒锂/竹炭复合材料的XRD图。图3为本专利技术实施例1至实施例8所制备磷酸钒锂/竹炭复合材料在扫速为0. 1 mV/s下的循环伏安图。图4为本专利技术实施例1至实施例8所制备磷酸钒锂/竹炭复合材料在0. 2 C下的首次充放电图。具体实施例方式以下通过实施例进一步说明本专利技术。实施例1将五氧化二钒、氢氧化锂、磷酸二氢铵和柠檬酸按摩尔比1 :3:3: 2溶解在一定量的去离子水中，在50 °C水浴锅中充分搅拌5 h，然后加入活化后的(含量为10%)竹炭(竹节) (竹炭的具体活化工艺是干馏炭化(氩气保护，炭化温度800 °C，炭化时间6 h)后的竹炭与KOH充分混合，其质量比为1 4，微波活化时间为5 min。)，并蒸发水分至溶胶形成，并在真空干燥箱120 °C干燥8 h后得到磷酸钒锂前驱体。将此前驱体研磨放入模具中，在4 MI^a压力下压制成圆饼状，然后置于瓷舟中，上面覆盖导电碳黑(SP)粉末，在640 W的微波炉中加热14 min，冷却至室温，取出后研磨制得竹炭包覆磷酸钒锂的样品。实施例2将五氧化二钒、氢氧化锂、磷酸二氢铵和水杨酸按摩尔比1:2. 9:3:2. 5溶解在一定量的去离子水中，在55 °C水浴锅中充分搅拌5 h，然后加入活化后的(含量为3%)竹炭(竹根) (竹炭活化工艺与实施例1中相同)，并蒸发水分至溶胶形成，并在真空干燥箱120 °C干燥8 h后得到磷酸钒锂前驱体。将此前驱体研磨放入模具中，然后置于瓷舟中，上面覆盖SP粉末，在640 W的微波炉中加热11 min，冷却至室温，取出后研磨制得竹炭包覆磷酸钒锂的样PBFI ο实施例3将五氧化二钒、碳酸锂、磷酸二氢铵和抗坏血酸按摩尔比1:1. 5:3:2溶解在一定量的去离子水中，在50 °C水浴锅中充分搅拌5 h，然后加入活化后的(含量为5%)竹炭(竹径) (竹炭活化工艺与实施例1中相同)，并蒸发水分至溶胶形成，并在真空干燥箱120 °C干燥8 h后得到磷酸钒锂前驱体。将此前驱体研磨放入模具中，在4 MI^a压力下压制成圆饼状，然后置于瓷舟中，上面覆盖SP粉末，在640 W本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种新型的磷酸钒锂／竹炭复合正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（１）竹炭纯化：首先进行干馏炭化，然后将烧制好的竹炭放到玛瑙研钵中，与ＫＯＨ混合研磨，最后在微波中进行活化后，冷却到室温得到预处理的竹炭；（２）磷酸钒锂前驱体的制备：以五氧化二钒，锂源、磷酸二氢铵或磷酸和碳源为原料溶解在一定量的去离子水中，在５０－８０ ℃水浴锅中充分搅拌，并蒸发水分至溶胶形成，并在真空干燥箱１２０ ℃干燥８ ｈ得到磷酸钒锂前驱体；（３）磷酸钒锂／竹炭复合正极材料：将（１）中制得的纯化覆盖ＳＰ粉末，在微波炉中加热５－３０ ｍｉｎ，冷却至室温，取出后研磨得到磷酸钒锂／竹炭复合材料样品。过的竹炭与（２）中制得的磷酸钒锂前驱体按一定配比混合，竹炭加入量为磷酸钒锂量的１－１５％；在５０－８０ ℃水浴中蒸发水分至溶胶形成，冷却至室温得到磷酸钒锂前驱体；将此前驱物混合并研磨放入模具中，在一定压力下压制成圆饼状，然后置于瓷舟中，上面
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，霍庆媛，王力臻，吕艳，张林森，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：41
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