本发明专利技术涉及一种新型磷酸盐基正极复合材料及其制备方法和用途。具体地，本发明专利技术公开了一种磷酸盐基电池正极复合材料，所述材料具有单斜和斜方两种晶格结构，其化学式为A3-xV2-yMy(PO4)3/C，其中A为Li+、Na+或其混合物，所述M为Mg、Al、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，或Nb，0≤x≤3.0，0≤y≤2.0；所述C为碳层。本发明专利技术还公开了所述复合材料的制备方法及用途。本发明专利技术的复合材料，不同于简单的物理混合，具有可调控电位平台、高可逆容量、良好循环稳定性、电量预警等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电极材料领域和电化学储能领域，具体涉及一种新型磷酸盐基正极复合材料及其制备方法和用途。
技术介绍
随着传统能源因其不可再生性和环境污染问题，世界范围内对于清洁能源极为关注。目前的清洁能源包括核能、太阳能、风能、水能以及生物能等。在从自然界中获取清洁能源以及成为一门新兴的技术，同时获取的能源其实储存技术也在蓬勃的发展中。其中二次离子电池(如锂离子电池、钠离子电池等)尤其是锂离子电池以其无记忆、高能量密度、长使用寿命、高安全性、无毒和低污染性能特点而备受关注，并成为动力汽车用电池的首选。锂离子电池的正极材料是电池中最重要的组成部分，决定锂离子电池的容量、安全性能、使用寿命和产品价格等关键的因素。目前常用的正极材料主要有钴酸锂(LiCoO2)、镍钴锰酸锂三元材料(LiNi1Z3Ccv3Mnv3O2)、锰酸锂(LiMn2O4)、磷酸盐(LiFePO4, Li3V2 (PO4) 3)等。其中以钴酸锂(LiCoO2)的研究最成熟，同时也是目前市场上的主导材料，但它价格昂贵，对环境影响越来越大，而且钴酸锂的安全性较差，不能应用于动力电池领域；镍钴锰酸锂三元材料(LiNi1/3COl/3Mni/302)晶格结构不稳定，易产生氧气，安全性较差，成本较高，严重影响实际化应用；锰酸锂(LiMn2O4)可逆容量较低，实际只有110mAh/g左右，体积比容量更低，晶格中的锰离子在以上容易溶解，导致晶体结构破坏，循环稳定性差，循环寿命较差；磷酸盐系列的磷酸铁锂(LiFePO4)循环稳定性很好，安全性好，可逆容量较高，但是其电压平台较低，振实密度较低，导致体积和重量比容量较低，而且非常平坦的电压平台使其电池的电量监控较难。同为聚阴离子正极材料的磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3),由于具有高电压、高容量以及聚阴离子材料的高稳定性等特点，同时表现出较好的循环性能、和较大范围的温度适应性，因而近年来也引起了人们广泛的关注。但是，纯相磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3)成本较高，且其4. 6V电压平台在目前电解液体系下无法实际应用，导致其实际可逆容量只有130mAh/g左右，因此单独应用困难较大。而且由于世界上锂资源比较有限，且大多集中在南美洲，若大规模使用锂离子电池势必会造成锂资源的枯竭。因此，本领域迫切需要开发一种电化学性能优良，成本低廉的正极复合材料。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种新型的、电化学性能优良、成本低廉的磷酸盐基正极复合材料及其制备方法和用途。本专利技术第一方面提供了一种磷酸盐基电池正极复合材料，所述复合材料包括(1)磷酸钒锂盐/磷酸钒钠盐的晶粒，以及( 包覆于晶粒外的碳层，其中，所述的晶粒具有单斜和斜方两种晶格结构。在另一优选例中，所述复合材料中，具有斜方结构的晶粒的摩尔含量(P斜方)为磷酸钒锂盐/磷酸钒钠盐的晶粒的总摩尔数的1 99%。在另一优选例中，所述复合材料的化学式为A3_xV2_yMy (PO4) 3/C，其中，所述A为Li+、Na+ 或其混合物，所述 M 为 Mg、Al、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，或 Nb，0 彡 χ 彡 3. 0，0彡y彡2.0 ；所述C为碳层。 在另一优选例中，所述复合材料的化学式为A3_xV2_yMy (PO4) 3/C，其中，所述A为Li+、Na+ 或其混合物，所述 M 为 Mg、Al、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，或 Nb，0 彡 χ < 3. 0，0彡y< 2.0 ；所述C为碳层。在另一优选例中，所述化学式为A3_xV2(P04)3/C，其中，所述A为Li+、Na+或其混合物，0彡χ彡3. 0，所述C为碳层；更佳地为，0彡χ < 3. 0。在另一优选例中，所述化学式为A3_xV2(P04)3/C，其中，所述A为Li+和Na+的混合物，0彡χ彡3. 0，所述C为碳层；更佳地为，0彡χ < 3. 0。在另一优选例中，所述复合材料化学式为Li3_x_aNaaV2_yMy(PO4)3/C，其中，0彡 a彡 1.0,0彡 y 彡 2.0,0彡 χ 彡 3_a，M 为 Mg、Al、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，或Nb，所述C为碳层。在另一优选例中，所述复合材料化学式为Li3_x_aNaaV2_yMy (PO4) 3/C，其中，0 彡 a 彡 1. 0，0 彡 y < 2. 0，0 彡 χ < 3_a，M 为 Mg、Al、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，或Nb，所述C为碳层。在另一优选例中，所述化学式为Li3_x_aNaaV2 (PO4) 3/C，其中，0彡a彡1.0，0彡χ彡3-a,所述C为碳层；更佳地为0彡χ < 3-a。在另一优选例中，所述复合材料应用于锂离子电池，其中的钠离子在充放电过程中不参与反应。在另一优选例中，所述复合材料化学式为Na3_x_bLibV2_yMy (PO4) 3/C，其中，0 彡 b 彡 1.0,0 彡 y 彡 2.0,0 彡 χ 彡 3_b，M 为 Mg、Al、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，或Nb，所述C为碳层。在另一优选例中，所述复合材料化学式为Na3_x_bLibV2_yMy (PO4) 3/C，其中，0 彡 b 彡 1. 0，0 彡 y < 2. 0，0 彡 χ < 3_b，M 为 Mg、Al、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，或Nb，所述C为碳层。在另一优选例中，所述化学式为UibV2 (PO4) 3/C，其中，0彡b彡1. 0，0彡χ彡3-b，所述C为碳层；更佳地为，0彡χ < 3-b。在另一优选例中，所述复合材料应用于钠离子电池的，其中的锂离子在充放电过程中不参与反应。在另一优选例中，所述复合材料化学式为Li3_a_xNaa_zV2_yMy (PO4) 3/C，其中0. 1 ^ a ^ 2. 9,0 ^ χ ^ 3-a，00，M 为 Mg、Al、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，或Nb，所述C为碳层。在另一优选例中，所述复合材料化学式为Li3_a_xNaa_zV2_yMy (PO4) 3/C，其中0. 1 彡 a 彡 2. 9，0 彡 X < 3-a，0 彡 ζ < a，0 彡 y < 2. 0，M 为 Mg、Al、Sc、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，或Nb，所述C为碳层。在另一优选例中，所述化学式为LHV2 (PO4) 3/C，其中0. 1彡a彡2. 9，0≤χ≤3-a，0≤ζ≤a，所述C为碳层；更佳地为0≤χ < 3_a，0≤ζ < a。在另一优选例中，所述复合材料应用于二次电池，其中锂和钠离子在充放电过程中均参与反应。在另一优选例中，所述复合材料具有一个到四个电压平台；更佳地，所述平台电压选自下组约3. 6V、约3. 7V、约3. 8V、和约4. IV。在另一优选例中，所述正极复合材料(或磷酸钒锂盐/磷酸钒钠盐的晶粒)中，Li和Na的摩尔比选自下组3. 0-1.5 0-1. 5，较优的为2.0 1.0。在另一优选例中，所述碳层的含量为复合材料总重量的0.本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐元昊，王辰云，王德宇，黎军，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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