CN110828801A - 一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料及其制法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，且公开了一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，包括以下配方原料：活化多孔碳、Li3V0.85‑0.95P0.05‑0.15O4、粘黏剂。该一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，P掺杂Li3VO4制备得到Li3V0.85‑0.95P0.05‑0.15O4，增强了Li3V0.85‑ 0.95P0.05‑0.15O4的导电性，促进了金属离子和电荷在电极材料和电解质之间的扩散和迁移，从而减少了电池充放电过程中的电压极化，提高了电池的比电容和电化学可逆容量，增强了电池的电化学性能，并且P掺杂Li3VO4，减小了Li‑O键的键长，增大了键能，促进Li3V0.85‑0.95P0.05‑0.15O4形成结构稳定的立方八面锥形结构，避免了Li3V0.85‑0.95P0.05‑0.15O4在嵌锂和脱锂过程中由于微量应变导致其晶体结构损耗的现象，从而增强了正极材料的倍率性能和电化学循环稳定性。

Description

一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料及其制法
技术领域
本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体为一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料及其制法。
背景技术
锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成，锂离子电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱/嵌锂离子的负极材料，一般来说，目前已实际用于锂离子电池的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳、硬碳等，正在开发的负极材料有氮化物、锂过渡金属盐、锡基氧化物、纳米负极材料等。
锂过渡金属盐如Li4TiO12，Li3VO4等材料中的过渡金属具有多电子反应的特性，可以使Li+有效地从负极材料嵌入和脱出，是具有巨大潜力的锂离子电池负极材料，但是锂过渡金属盐的电子电导率较低，导电性较差，Li+和电荷在负极材料和电解液中的迁移和传输速率很低，降低了负极材料的电化学性能。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了氧化还原电势较低、功率密度较大、倍率性能优异的一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料及其制法，并且解决了锂过渡金属盐的电子电导率较低，导电性较差，Li+和电荷在负极材料和电解液中的迁移和传输速率很低的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，包括以下按重量分数计的配方原料：10-14份活化多孔碳、68-78份Li3V0.85- 0.95P0.05-0.15O4、12-18份粘黏剂，制法包括以及以下实验药品：煤灰粉、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸锂、五氧化二钒、磷酸二氢铵、稀盐酸、蒸馏水、无水乙醇。
优选的，所述粘黏剂为聚偏氟乙烯。
优选的，所述煤灰粉为回收的普通煤炭燃烧过后的煤灰渣粉。
优选的，所述氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸二氢铵、蒸馏水、无水乙醇均为化学分析纯。
优选的，所述碳酸锂为化学分析纯，其中Li2CO3质量分数≥97％，五氧化二钒为化学分析纯，其中V2O5质量分数≥98.5％。
优选的，所述稀盐酸物质的量浓度为1.3-2.2mol/L，质量分数为5-8％。
优选的，所述活化多孔碳制备方法如下：向高能行星球磨机中加入75-85份煤灰粉，再加入600-800mL无水乙醇，设置球磨机公转转速为260-280rpm，自转转速为620-640rpm，球磨10-12h，直至煤灰粉通过1000目网筛，然后将球磨好的煤灰粉和乙醇通过高速离心机，转速为8000-12000rpm，离心3-5h除去上层乙醇溶剂，将离心好的煤灰粉置于2000mL反应瓶中，加入800-1000mL蒸馏水，再依次加入7-11份氢氧化钠和8-14份氢氧化钾，置于恒温水浴锅中，加热至80-90℃匀速搅拌反应15-20h，然后将反应瓶中的物料通过高速离心机，加入1500-2000mL的蒸馏水，进行离心洗涤5-8次除去氢氧化钠和氢氧化钾，将洗涤干净的活化煤灰粉置于烘箱中加热至80-85℃干燥水分5-8h，得到活化多孔碳。
优选的，所述Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4制备方法如下：向高能行星球磨机中加入500-700mL无水乙醇，再加入36-44份五氧化二钒、3-7份磷酸二氢铵和53-57份碳酸锂，设置球磨机公转转速为240-250rpm，自转转速为600-610rpm，球磨8-10h，球磨结束后将物料过滤除去溶剂，并将固体混合物置于烘箱中加热至65-75℃干燥4-5h，将干燥好的固体混合物置于气氛电阻箱中，并通入H2和N2，体积比为1:8-1:10，气氛电阻箱升温速率为10℃/min，升温至780-800℃进行煅烧10-12h，煅烧结束后停止加热将气氛电阻箱冷却至室温，并将煅烧产物依次通过200-300mL质量分数为5-8％为稀盐酸和5000-8000mL蒸馏水洗涤煅烧产物，除去煅烧杂质，并将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至100-110℃干燥水分5-6h，得到Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4。
优选的，所述多孔碳包覆Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4锂离子电池负极材料，制备方法如下：向烧杯中加入500-700mL无水乙醇，再依次加入10-14份活化多孔碳和68-78份Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4，搅拌均匀后将烧杯置于超声材料分散器中，设置超声频率为20-25KHz，加热至60-70℃，进行超声分散4-8h，然后将烧杯静置除去上层清液，并置于烘箱中加热至55-60℃缓慢蒸发无水乙醇，得到多孔碳包覆Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4，向烧杯中加入100-150mL N-甲基吡咯烷酮，再依次加入碳包覆Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4和12-18份粘黏剂，匀速搅拌2-3h至均匀物料混合均匀，并适量的均匀涂抹在铜箔表面，将铜箔置于烘箱中加热至60-65℃进行干燥12-15h，并辊压和剪切成型，得到磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
1、该一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，通过惰性P掺杂Li3VO4制备得到Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4，适量的P提高了Li3VO4的电导率，增强了Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4的导电性，降低了Li+和电荷迁移通过电极材料的阻力，促进了金属离子和电荷在电极材料和电解质之间的扩散和迁移，从而减少了电池充放电过程中的电压极化，提高了电池的比电容和电化学可逆容量，增强了电池的电化学性能，并且适当的P掺杂Li3VO4，减小了Li-O键的键长，增大键能，促进Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4形成稳定的立方八面锥形结构，使Li3V0.85- 0.95P0.05-0.15O4具有很好的结构稳定性，避免了Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4在电池充放电过程中嵌入锂和脱锂过程中由于微量应变导致其晶体结构损耗的现象，从而增强了正极材料的倍率性能和电化学循环稳定性。
2、该一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，通过强碱氢氧化钠和氢氧化钾协同活化煤灰，强碱与煤灰中的无机分子形成简式碳酸盐，碳酸盐嵌入煤灰的孔径中起到膨胀作用，因此增大了煤灰的比表面积和孔隙率，形成导电性良好的活化多孔碳，Li3V0.85- 0.95P0.05-0.15O4均匀负载到活化多孔碳的孔径中，为电化学过程Li+和电荷提供了必要的迁移途径，并且缩短了Li+的传输路径，增强了Li+的迁移和传输速率，从而提高了正极材料的储锂性能和能量密度。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，包括以下按重量分数计的配方原料：10-14份活化多孔碳、68-78份Li3V0.85- 0.95P0.05-0.15O4、12-18份粘黏剂，制法包括以及以下实验药品：煤灰粉、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸锂、五氧化二钒、磷酸二氢铵、稀盐酸、蒸馏水、无水乙醇，粘黏剂为聚偏氟乙烯，煤灰粉为回收的普通煤炭燃烧过后的煤灰渣粉，氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸二氢铵、蒸馏水、无水乙醇均为化学分析纯，碳酸锂为化学分析纯，其中Li2CO3质量分数≥97％，五氧化二钒为化学分析纯，其中V2O5质量分数≥98.5％，稀盐酸物质的量浓度为1.3-2.2mol/L，质量分数为5-8％。
活化多孔碳制备方法如下：向高能行星球磨机中加入75-85份煤灰粉，再加入600-800mL无水乙醇，设置球磨机公转转速为260-280rpm，自转转速为620-640rpm，球磨10-12h，直至煤灰粉通过1000目网筛，然后将球磨好的煤灰粉和乙醇通过高速离心机，转速为8000-12000rpm，离心3-5h除去上层乙醇溶剂，将离心好的煤灰粉置于2000mL反应瓶中，加入800-1000mL蒸馏水，再依次加入7-11份氢氧化钠和8-14份氢氧化钾，置于恒温水浴锅中，加热至80-90℃匀速搅拌反应15-20h，然后将反应瓶中的物料通过高速离心机，加入1500-2000mL的蒸馏水，进行离心洗涤5-8次除去氢氧化钠和氢氧化钾，将洗涤干净的活化煤灰粉置于烘箱中加热至80-85℃干燥水分5-8h，得到活化多孔碳。
Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4制备方法如下：向高能行星球磨机中加入500-700mL无水乙醇，再加入36-44份五氧化二钒、3-7份磷酸二氢铵和53-57份碳酸锂，设置球磨机公转转速为240-250rpm，自转转速为600-610rpm，球磨8-10h，球磨结束后将物料过滤除去溶剂，并将固体混合物置于烘箱中加热至65-75℃干燥4-5h，将干燥好的固体混合物置于气氛电阻箱中，并通入H2和N2，体积比为1:8-1:10，气氛电阻箱升温速率为10℃/min，升温至780-800℃进行煅烧10-12h，煅烧结束后停止加热将气氛电阻箱冷却至室温，并将煅烧产物依次通过200-300mL质量分数为5-8％为稀盐酸和5000-8000mL蒸馏水洗涤煅烧产物，除去煅烧杂质，并将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至100-110℃干燥水分5-6h，得到Li3V0.85- 0.95P0.05-0.15O4。
多孔碳包覆Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4锂离子电池负极材料，制备方法如下：向烧杯中加入500-700mL无水乙醇，再依次加入10-14份活化多孔碳和68-78份Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4，搅拌均匀后将烧杯置于超声材料分散器中，设置超声频率为20-25KHz，加热至60-70℃，进行超声分散4-8h，然后将烧杯静置除去上层清液，并置于烘箱中加热至55-60℃缓慢蒸发无水乙醇，得到多孔碳包覆Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4，向烧杯中加入100-150mL N-甲基吡咯烷酮，再依次加入碳包覆Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4和12-18份粘黏剂，匀速搅拌2-3h至均匀物料混合均匀，并适量的均匀涂抹在铜箔表面，将铜箔置于烘箱中加热至60-65℃进行干燥12-15h，并辊压和剪切成型，得到磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料。
实施例1：
(1)制备活化多孔碳：向高能行星球磨机中加入85份煤灰粉，再加入600mL无水乙醇，设置球磨机公转转速为260rpm，自转转速为640rpm，球磨10h，直至煤灰粉通过1000目网筛，然后将球磨好的煤灰粉和乙醇通过高速离心机，转速为8000rpm，离心3h除去上层乙醇溶剂，将离心好的煤灰粉置于2000mL反应瓶中，加入800mL蒸馏水，再依次加入7份氢氧化钠和8份氢氧化钾，置于恒温水浴锅中，加热至80℃匀速搅拌反应15h，然后将反应瓶中的物料通过高速离心机，加入1500mL的蒸馏水，进行离心洗涤5次除去氢氧化钠和氢氧化钾，将洗涤干净的活化煤灰粉置于烘箱中加热至80℃干燥水分5h，得到活化多孔碳组分1。
(2)制备Li3V0.95P0.05O4：向高能行星球磨机中加入700mL无水乙醇，再加入44份五氧化二钒、3份磷酸二氢铵和53份碳酸锂，设置球磨机公转转速为240rpm，自转转速为600rpm，球磨8h，球磨结束后将物料过滤除去溶剂，并将固体混合物置于烘箱中加热至65℃干燥4h，将干燥好的固体混合物置于气氛电阻箱中，并通入H2和N2，体积比为1:8，气氛电阻箱升温速率为10℃/min，升温至780℃进行煅烧10h，煅烧结束后停止加热将气氛电阻箱冷却至室温，并将煅烧产物依次通过200mL质量分数为5％为稀盐酸和5000mL蒸馏水洗涤煅烧产物，除去煅烧杂质，并将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至100℃干燥水分5h，得到Li3V0.95P0.05O4组分1。
(3)制备多孔碳包覆Li3V0.95P0.05O4锂离子电池负极材料：向烧杯中加入500mL无水乙醇，再依次加入10份活化多孔碳组分1和78份Li3V0.95P0.05O4组分1，搅拌均匀后将烧杯置于超声材料分散器中，设置超声频率为20KHz，加热至60℃，进行超声分散4h，然后将烧杯静置除去上层清液，并置于烘箱中加热至55℃缓慢蒸发无水乙醇，得到多孔碳包覆Li3V0.95P0.05O4，向烧杯中加入100mL N-甲基吡咯烷酮，再依次加入碳包覆Li3V0.95P0.05O4和12份粘黏剂，匀速搅拌2h至均匀物料混合均匀，并适量的均匀涂抹在铜箔表面，将铜箔置于烘箱中加热至60℃进行干燥12h，并辊压和剪切成型，得到活化多孔碳包覆Li3V0.95P0.05O4锂离子电池负极材料1。
实施例2：
(1)制备活化多孔碳：向高能行星球磨机中加入83份煤灰粉，再加入600mL无水乙醇，设置球磨机公转转速为270rpm，自转转速为630rpm，球磨10h，直至煤灰粉通过1000目网筛，然后将球磨好的煤灰粉和乙醇通过高速离心机，转速为9000rpm，离心3h除去上层乙醇溶剂，将离心好的煤灰粉置于2000mL反应瓶中，加入900mL蒸馏水，再依次加入8份氢氧化钠和9份氢氧化钾，置于恒温水浴锅中，加热至80℃匀速搅拌反应15h，然后将反应瓶中的物料通过高速离心机，加入1500mL的蒸馏水，进行离心洗涤5次除去氢氧化钠和氢氧化钾，将洗涤干净的活化煤灰粉置于烘箱中加热至80℃干燥水分6h，得到活化多孔碳组分2。
(2)制备Li3V0.93P0.07O4：向高能行星球磨机中加入500mL无水乙醇，再加入42份五氧化二钒、4份磷酸二氢铵和54份碳酸锂，设置球磨机公转转速为240rpm，自转转速为600rpm，球磨8h，球磨结束后将物料过滤除去溶剂，并将固体混合物置于烘箱中加热至70℃干燥4h，将干燥好的固体混合物置于气氛电阻箱中，并通入H2和N2，体积比为1:8，气氛电阻箱升温速率为10℃/min，升温至780℃进行煅烧10h，煅烧结束后停止加热将气氛电阻箱冷却至室温，并将煅烧产物依次通过200mL质量分数为5％为稀盐酸和5000mL蒸馏水洗涤煅烧产物，除去煅烧杂质，并将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至100℃干燥水分5h，得到Li3V0.93P0.07O4组分2。
(3)制备多孔碳包覆Li3V0.93P0.07O4锂离子电池负极材料：向烧杯中加入500mL无水乙醇，再依次加入11份活化多孔碳组分2和76份Li3V0.93P0.07O4组分2，搅拌均匀后将烧杯置于超声材料分散器中，设置超声频率为20KHz，加热至60℃，进行超声分散4-8h，然后将烧杯静置除去上层清液，并置于烘箱中加热至60℃缓慢蒸发无水乙醇，得到多孔碳包覆Li3V0.93P0.07O4，向烧杯中加入100mL N-甲基吡咯烷酮，再依次加入碳包覆Li3V0.93P0.07O4和13份粘黏剂，匀速搅拌2h至均匀物料混合均匀，并适量的均匀涂抹在铜箔表面，将铜箔置于烘箱中加热至60℃进行干燥12h，并辊压和剪切成型，得到活化多孔碳包覆Li3V0.93P0.07O4锂离子电池负极材料2。
实施例3：
(1)制备活化多孔碳：向高能行星球磨机中加入80份煤灰粉，再加入700mL无水乙醇，设置球磨机公转转速为270rpm，自转转速为630rpm，球磨11h，直至煤灰粉通过1000目网筛，然后将球磨好的煤灰粉和乙醇通过高速离心机，转速为9000rpm，离心4h除去上层乙醇溶剂，将离心好的煤灰粉置于2000mL反应瓶中，加入900mL蒸馏水，再依次加入9份氢氧化钠和11份氢氧化钾，置于恒温水浴锅中，加热至85℃匀速搅拌反应18h，然后将反应瓶中的物料通过高速离心机，加入1800mL的蒸馏水，进行离心洗涤8次除去氢氧化钠和氢氧化钾，将洗涤干净的活化煤灰粉置于烘箱中加热至85℃干燥水分6h，得到活化多孔碳组分3。
(2)制备Li3V0.90P0.10O4：向高能行星球磨机中加入600mL无水乙醇，再加入40份五氧化二钒、5份磷酸二氢铵和55份碳酸锂，设置球磨机公转转速为240rpm，自转转速为610rpm，球磨9h，球磨结束后将物料过滤除去溶剂，并将固体混合物置于烘箱中加热至70℃干燥5h，将干燥好的固体混合物置于气氛电阻箱中，并通入H2和N2，体积比为1:9，气氛电阻箱升温速率为10℃/min，升温至790℃进行煅烧10h，煅烧结束后停止加热将气氛电阻箱冷却至室温，并将煅烧产物依次通过250mL质量分数为6％为稀盐酸和6000mL蒸馏水洗涤煅烧产物，除去煅烧杂质，并将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至100℃干燥水分6h，得到Li3V0.90P0.10O4组分3。
(3)制备多孔碳包覆Li3V0.90P0.10O4锂离子电池负极材料：向烧杯中加入600mL无水乙醇，再依次加入12份活化多孔碳组分3和73份Li3V0.90P0.10O4组分3，搅拌均匀后将烧杯置于超声材料分散器中，设置超声频率为25KHz，加热至65℃，进行超声分散6h，然后将烧杯静置除去上层清液，并置于烘箱中加热至60℃缓慢蒸发无水乙醇，得到多孔碳包覆Li3V0.90P0.10O4，向烧杯中加入100mL N-甲基吡咯烷酮，再依次加入碳包覆Li3V0.90P0.10O4和15份粘黏剂，匀速搅拌3h至均匀物料混合均匀，并适量的均匀涂抹在铜箔表面，将铜箔置于烘箱中加热至65℃进行干燥12h，并辊压和剪切成型，得到活化多孔碳包覆Li3V0.90P0.10O4锂离子电池负极材料3。
实施例4：
(1)制备活化多孔碳：向高能行星球磨机中加入77份煤灰粉，再加入700mL无水乙醇，设置球磨机公转转速为280rpm，自转转速为640rpm，球磨12h，直至煤灰粉通过1000目网筛，然后将球磨好的煤灰粉和乙醇通过高速离心机，转速为10000rpm，离心5h除去上层乙醇溶剂，将离心好的煤灰粉置于2000mL反应瓶中，加入900mL蒸馏水，再依次加入10份氢氧化钠和13份氢氧化钾，置于恒温水浴锅中，加热至90℃匀速搅拌反应20h，然后将反应瓶中的物料通过高速离心机，加入2000mL的蒸馏水，进行离心洗涤8次除去氢氧化钠和氢氧化钾，将洗涤干净的活化煤灰粉置于烘箱中加热至85℃干燥水分7h，得到活化多孔碳组分4。
(2)制备Li3V0.88P0.12O4：向高能行星球磨机中加入600mL无水乙醇，再加入38份五氧化二钒、6份磷酸二氢铵和56份碳酸锂，设置球磨机公转转速为250rpm，自转转速为610rpm，球磨10h，球磨结束后将物料过滤除去溶剂，并将固体混合物置于烘箱中加热至70℃干燥5h，将干燥好的固体混合物置于气氛电阻箱中，并通入H2和N2，体积比为1:10，气氛电阻箱升温速率为10℃/min，升温至800℃进行煅烧12h，煅烧结束后停止加热将气氛电阻箱冷却至室温，并将煅烧产物依次通过250mL质量分数为8％为稀盐酸和7000mL蒸馏水洗涤煅烧产物，除去煅烧杂质，并将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至110℃干燥水分5h，得到Li3V0.88P0.12O4组分4。
(3)制备多孔碳包覆Li3V0.88P0.12O4锂离子电池负极材料：向烧杯中加入600mL无水乙醇，再依次加入13份活化多孔碳组分4和70份Li3V0.88P0.12O4组分4，搅拌均匀后将烧杯置于超声材料分散器中，设置超声频率为25KHz，加热至70℃，进行超声分散7h，然后将烧杯静置除去上层清液，并置于烘箱中加热至60℃缓慢蒸发无水乙醇，得到多孔碳包覆Li3V0.88P0.12O4，向烧杯中加入150mL N-甲基吡咯烷酮，再依次加入碳包覆Li3V0.88P0.12O4和17份粘黏剂，匀速搅拌3h至均匀物料混合均匀，并适量的均匀涂抹在铜箔表面，将铜箔置于烘箱中加热至65℃进行干燥15h，并辊压和剪切成型，得到活化多孔碳包覆Li3V0.88P0.12O4锂离子电池负极材料4。
实施例5：
(1)制备活化多孔碳：向高能行星球磨机中加入75份煤灰粉，再加入800mL无水乙醇，设置球磨机公转转速为280rpm，自转转速为640rpm，球磨12h，直至煤灰粉通过1000目网筛，然后将球磨好的煤灰粉和乙醇通过高速离心机，转速为12000rpm，离心5h除去上层乙醇溶剂，将离心好的煤灰粉置于2000mL反应瓶中，加入1000mL蒸馏水，再依次加入11份氢氧化钠和14份氢氧化钾，置于恒温水浴锅中，加热至90℃匀速搅拌反应20h，然后将反应瓶中的物料通过高速离心机，加入2000mL的蒸馏水，进行离心洗涤8次除去氢氧化钠和氢氧化钾，将洗涤干净的活化煤灰粉置于烘箱中加热至85℃干燥水分8h，得到活化多孔碳组分5。
(2)制备Li3V0.85P0.15O4：向高能行星球磨机中加入700mL无水乙醇，再加入36份五氧化二钒、7份磷酸二氢铵和57份碳酸锂，设置球磨机公转转速为250rpm，自转转速为610rpm，球磨10h，球磨结束后将物料过滤除去溶剂，并将固体混合物置于烘箱中加热至75℃干燥5h，将干燥好的固体混合物置于气氛电阻箱中，并通入H2和N2，体积比为1:10，气氛电阻箱升温速率为10℃/min，升温至800℃进行煅烧12h，煅烧结束后停止加热将气氛电阻箱冷却至室温，并将煅烧产物依次通过300mL质量分数为8％为稀盐酸和8000mL蒸馏水洗涤煅烧产物，除去煅烧杂质，并将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至110℃干燥水分6h，得到Li3V0.85P0.15O4组分5。
(3)制备多孔碳包覆Li3V0.85P0.15O4锂离子电池负极材料：向烧杯中加入700mL无水乙醇，再依次加入14份活化多孔碳组分5和68份Li3V0.85P0.15O4组分5，搅拌均匀后将烧杯置于超声材料分散器中，设置超声频率为25KHz，加热至70℃，进行超声分散8h，然后将烧杯静置除去上层清液，并置于烘箱中加热至60℃缓慢蒸发无水乙醇，得到多孔碳包覆Li3V0.85P0.15O4，向烧杯中加入150mL N-甲基吡咯烷酮，再依次加入碳包覆Li3V0.85P0.15O4和18份粘黏剂，匀速搅拌3h至均匀物料混合均匀，并适量的均匀涂抹在铜箔表面，将铜箔置于烘箱中加热至65℃进行干燥15h，并辊压和剪切成型，得到活化多孔碳包覆Li3V0.85P0.15O4锂离子电池负极材料5。
通过恒电流循环伏安法对实施例1-5进行交流阻抗测试、比容量测试和倍率性能测试，该一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，通过惰性P掺杂Li3VO4制备得到Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4，适量的P提高了Li3VO4的电导率，增强了Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4的导电性，降低了Li+和电荷迁移通过电极材料的阻力，促进了金属离子和电荷在电极材料和电解质之间的扩散和迁移，从而减少了电池充放电过程中的电压极化，提高了电池的比电容和电化学可逆容量，增强了电池的电化学性能，并且适当的P掺杂Li3VO4，减小了Li-O键的键长，增大键能，促进Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4形成稳定的立方八面锥形结构，使Li3V0.85- 0.95P0.05-0.15O4具有很好的结构稳定性，避免了Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4在电池充放电过程中嵌入锂和脱锂过程中由于微量应变导致其晶体结构损耗的现象，从而增强了正极材料的倍率性能和电化学循环稳定性。
该一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，通过强碱氢氧化钠和氢氧化钾协同活化煤灰，强碱与煤灰中的无机分子形成简式碳酸盐，碳酸盐嵌入煤灰的孔径中起到膨胀作用，因此增大了煤灰的比表面积和孔隙率，形成导电性良好的活化多孔碳，Li3V0.85- 0.95P0.05-0.15O4均匀负载到活化多孔碳的孔径中，为电化学过程Li+和电荷提供了必要的迁移途径，并且缩短了Li+的传输路径，增强了Li+的迁移和传输速率，从而提高了正极材料的储锂性能和能量密度。

Claims (9)

1.一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，包括以下按重量分数计的配方原料，其特征在于：10-14份活化多孔碳、68-78份Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4、12-18份粘黏剂，制法包括以及以下实验药品：煤灰粉、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸锂、五氧化二钒、磷酸二氢铵、稀盐酸、蒸馏水、无水乙醇。
2.根据权利要求1所述的一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述粘黏剂为聚偏氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述煤灰粉为回收的普通煤炭燃烧过后的煤灰渣粉。
4.根据权利要求1所述的一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸二氢铵、蒸馏水、无水乙醇均为化学分析纯。
5.根据权利要求1所述的一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述碳酸锂为化学分析纯，其中Li2CO3质量分数≥97％，五氧化二钒为化学分析纯，其中V2O5质量分数≥98.5％。
6.根据权利要求1所述的一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述稀盐酸物质的量浓度为1.3-2.2mol/L，质量分数为5-8％。
7.根据权利要求1所述的一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述活化多孔碳制备方法如下：向高能行星球磨机中加入75-85份煤灰粉，再加入600-800mL无水乙醇，设置球磨机公转转速为260-280rpm，自转转速为620-640rpm，球磨10-12h，直至煤灰粉通过1000目网筛，然后将球磨好的煤灰粉和乙醇通过高速离心机，转速为8000-12000rpm，离心3-5h除去上层乙醇溶剂，将离心好的煤灰粉置于2000mL反应瓶中，加入800-1000mL蒸馏水，再依次加入7-11份氢氧化钠和8-14份氢氧化钾，置于恒温水浴锅中，加热至80-90℃匀速搅拌反应15-20h，然后将反应瓶中的物料通过高速离心机，加入1500-2000mL的蒸馏水，进行离心洗涤5-8次除去氢氧化钠和氢氧化钾，将洗涤干净的活化煤灰粉置于烘箱中加热至80-85℃干燥水分5-8h，得到活化多孔碳。
8.根据权利要求1所述的一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4制备方法如下：向高能行星球磨机中加入500-700mL无水乙醇，再加入36-44份五氧化二钒、3-7份磷酸二氢铵和53-57份碳酸锂，设置球磨机公转转速为240-250rpm，自转转速为600-610rpm，球磨8-10h，球磨结束后将物料过滤除去溶剂，并将固体混合物置于烘箱中加热至65-75℃干燥4-5h，将干燥好的固体混合物置于气氛电阻箱中，并通入H2和N2，体积比为1:8-1:10，气氛电阻箱升温速率为10℃/min，升温至780-800℃进行煅烧10-12h，煅烧结束后停止加热将气氛电阻箱冷却至室温，并将煅烧产物依次通过200-300mL质量分数为5-8％为稀盐酸和5000-8000mL蒸馏水洗涤煅烧产物，除去煅烧杂质，并将洗涤干净的煅烧产物置于烘箱中加热至100-110℃干燥水分5-6h，得到Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4。
9.根据权利要求1所述的一种磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，其特征在于：所述磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料，制备方法如下：向烧杯中加入500-700mL无水乙醇，再依次加入10-14份活化多孔碳和68-78份Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4，搅拌均匀后将烧杯置于超声材料分散器中，设置超声频率为20-25KHz，加热至60-70℃，进行超声分散4-8h，然后将烧杯静置除去上层清液，并置于烘箱中加热至55-60℃缓慢蒸发无水乙醇，得到多孔碳包覆Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4，向烧杯中加入100-150mL N-甲基吡咯烷酮，再依次加入碳包覆Li3V0.85-0.95P0.05-0.15O4和12-18份粘黏剂，匀速搅拌2-3h至均匀物料混合均匀，并适量的均匀涂抹在铜箔表面，将铜箔置于烘箱中加热至60-65℃进行干燥12-15h，并辊压和剪切成型，得到磷掺杂钒酸锂的锂离子电池负极材料。
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