(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111590950.0 (22)申请日 2021.12.23 (71)申请人 湖北工程学院 地址 432000 湖北省孝感市交通大道 272号 (72)发明人 皮玉强　杨雄　王锋　丁瑜　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 代理人 祝蓉蓉 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/58(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种磷酸铁锂-磷酸钒锂复合正极材料及其 制备方法和应用 (57)摘要 本发明公开了一种磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合 正极材料及其制备方法和应用， 属于二次锂离子 电池技术领域； 所述磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合正 极材料， 其分子 式为xLiFePO4·yLi3V2(PO4)3， 其 中x与y的比值为(3～8):1。 本发明 的xLiFePO4· yLi3V2(PO4)3复合材料具有多孔球状结构， 颗粒 分布均匀且粒径尺寸10～20μm， 能为锂离子提 供更多的接触机会， 缩短锂离子的扩散距离， 有 利于锂离子的传递； 其在高倍率下具有较高的放 电比容量， 在20C电流密度下首次放电比容量可 达到91.5mA  h/g， 4000次循环后， 其容量保持率 高达88.9％， 具有 优异的循环稳定性。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 114300661 A 2022.04.08 CN 114300661 A 1.一种磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合 正极材料， 其特征在于， 其分子式为xL iFePO4·yLi3V2(PO4)3， 其中x与y的比值 为(3～8):1， x， y代 表物质的量。 2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合正极材料， 其特征在于， x与y的 比值为5:1。 3.权利要求1所述的磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合正极材料的制备方法， 其特征在于， 包括 如下步骤： S1、 将铁源、 钒源、 锂 源、 磷源、 碳源加入到有机溶剂中， 得到混合液； S2、 将步骤S1所 得的混合液进行研磨， 得到前驱体溶 液； S3、 将步骤S2所 得的前驱体溶 液进行喷雾 干燥， 得到前驱体粉体； S4、 将步骤S3所得的前驱体粉体在非氧化性气氛下进行焙烧， 焙烧温度 为600～850℃， 焙烧时间为8～16 h， 冷却至室温后， 得到所述磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合 正极材料。 4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合正极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述有机溶剂为甲醇、 乙醇、 丙醇或异丙醇中的至少一种。 5.根据权利要求3所述的磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合正极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤S2中， 所述研磨包括 粗磨和砂磨， 所述 粗磨和砂磨的时间均为1～10 h。 6.根据权利要求3所述的磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合正极材料的制备方法， 其特征在于， 所述碳源的质量 为铁源、 钒源与锂 源总质量的10～5 0％。 7.根据权利要求3所述的磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合 正极材料的制备 方法， 其特 征在于， 所述铁源 包括Fe(NO3)3·9H2O、 FePO4·2H2O、 FeC2O4·2H2O或Fe2O3中的至少一种； 所述钒源 包括V2O5或NH4VO3中的至少一种； 所述锂源包括LiOH·H2O、 CH3COOLi·2H2O、 LiNO3或Li2CO3中的至少一种； 所述磷源包括NH4H2PO4、 (NH4)2HPO4、 (NH4)3PO4或H3PO4中的至少一种； 所述碳源包括葡萄糖、 蔗糖、 可溶性淀粉、 聚乙烯醇、 聚乙烯吡咯烷酮、 聚乙二醇、 柠檬 酸、 酚醛树脂中的至少一种。 8.权利要求1～2任一项所述的磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂 复合正极材料在锂离子电池中的应 用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114300661 A 2一种磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合正极材料及其制备方 法和应用 技术领域 [0001]本发明涉及二次锂离子电池技术领域， 具体涉及一种磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合正 极材料及其制备 方法和应用。 背景技术 [0002]锂离子电池已经逐渐成为了人类社会的不可替代的一部分， 如在交通、 办公、 家庭 储能方面发挥着 重要作用。 而锂离子电池发展的关键在于正极材料。 在众多正极材料中， 磷 酸铁锂(LiFePO4)因其自身高能量密度高， 充放电过程中的结构稳定性好及原材料成本低 而备受关注。 但锂离子扩散系 数低， 倍率性能差的缺点限制其在高倍率储能器件方面的应 用。 而科研工作者则采用多种策 略用于改善其倍率性能； 其中， 采用钒(V)元素取代部分够 铁(Fe)元素， 构筑磷酸铁锂/磷酸钒锂复合正极材料是最重要的方法之一。 众所周知， 磷酸 钒锂(Li3V2(PO4)3)作为锂离子电池正极材料具有如下优势： (1)高能量密度； (2)高理论容 量， 其理论容量为197mA  h/g， 3.0‑4.8V； (3)优异的锂离子扩散能力； (4)出色的热力学及电 化学稳定性； 结合以上所述， 构筑磷酸铁锂/磷酸钒锂复合正极材料将有利于磷酸铁锂在高 倍率储能器件领域的应用及推广。 [0003]中国专利CN106450298A公开了一种片状复合正极材料磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂的制备 方法， 包括以下步骤(1)将钒源、 铁源、 磷源、 锂源、 有机碳源， 按钒原子、 铁原子、 磷原子、 锂 原子、 碳原子摩尔比为2:1:4:4:3～5的比例溶于去离子水中， 加入表面活性剂， 调节pH值， 搅拌； (2)转移至高压 反应釜中， 通入保护性气体， 以200～1200rpm的速度， 200～300℃的温 度， 反应10～30h， 经洗涤、 过滤、 干燥后， 研磨； (3)在非氧化性气氛下于600～800℃焙烧， 即 成。 该发明合成的片状磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合正极材料具有优异的电子导电性和离子导 电性， 电化学性能优异。 但是该制备方法将原料溶于水中， 原料在水中的溶解性低， 因此需 要添加乳化剂； 此外， 该制备 方法中使用水 热法， 工艺复杂。 [0004]此外， 构筑纳米材料常是改善锂离子电池电极材料电化学性能的有效途径。 其可 增大与电解液 的接触面积、 缩短锂离子的脱嵌距离。 但也因其较高的表面活性使得与电解 液的副反应增多， 极易引发安全隐患。 发明内容 [0005]针对现有技术的不足， 本发明的目的之一在于提供一种磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合 正极材料， 该复合 正极材料的放电容 量高， 倍率性能优异， 循环稳定性 好。 [0006]本发明的目的是通过以下技 术方案得以实现的。 [0007]一种磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合正极材料， 其分子式为xLiFePO4·yLi3V2(PO4)3， 其中 x与y的比值 为(3～8):1， x， y代 表物质的量。 [0008]本发明的磷酸铁锂 ‑磷酸钒锂复合正极材料， 当x与y的比值为(3～8):1 时， 表现出 优异的电化学性能(循环稳定性和较高的比容量)及成本优势； 因磷酸钒锂在2.5～ 4.3电压 区间内的理论比容量仅为133mA  h/g， 当x/y<3时， 磷酸钒锂的质量占比较高， 从而降低了磷说　明　书 1/6 页 3 CN 114300661 A 3