[发明专利]一种锂离子动力电池磷酸钒锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的制备方法，尤其是锂离子动力电池磷酸钒锂正极材料的制备方法。

背景技术

开发新能源和可再生清洁能源是解决能源危机和环境问题的重要途径。锂离子电池作为最新一代二次电池，自1990年问世以来发展十分迅速。与常用的铅酸蓄电池、镉镍电池、氢镍电池等二次电池相比，锂离子电池具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效应、无污染及自放电小等优点。目前，锂离子电池已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄放相机和家用电器等，并积极地向电动工具、电动汽车、UPS、空间技术等领域发展。

以Li₃V₂(PO₄)₃为代表的磷酸盐系锂离子正极材料因为具有环保、安全性能好、成本低廉、结构稳定、电化学性能较好等特点，吸引了研究工作者的重视。该类材料的氧化还原电位较高，且Li₃V₂(PO₄)₃具有特殊的三维离子通道，锂离子能很好地进行脱嵌。Li₃V₂(PO₄)₃属于具有NASCION结构的Li₃M₂(XO₄)₃类物质，这种结构具有高稳定性，同时具有较开放的空间结构，为Li⁺嵌入和脱嵌提供了方便。单斜晶系Li₃V₂(PO₄)₃属于P2₁/n空间群，聚阴离子PO₄^3?具有4面体结构，与八面体的VO₆通过共用顶点的氧原子而形成三维网状骨架结构。这种特殊的三维结构使得每个VO₆单元与6个PO₄^3?单元相邻，而每个PO₄^3?单元周围有4个VO₆单元。可以用A₂B₃通式来表示这个结构（其中A=VO_6，B=PO₄^3?），每个单晶中含有4个A₂B₃晶胞单元，因此每个单晶就有12个锂离子，据报道最多可有5个Li⁺参与嵌入和脱嵌。

目前用于制备Li₃V₂(PO₄)₃的方法主要有高温固相法、溶胶-凝胶法及水热法等。其中用得最多的是高温固相法，该方法根据所用还原剂的不同，又可分为氢还原法和碳热还原法等。固相法是将各原料物质球磨混合均匀后高温煅烧反应制得；溶胶-凝胶法是将原料物质配置成溶液混合，调节pH值形成溶胶后干燥、分解、再高温反应；水热法是将化学当量的原料物质和溶剂加入高压釜中，在高温高压条件下反应制得。固相法虽然操作简单，但产品一次粒径较大，循环稳定性较差；溶胶-凝胶法中凝胶分子较小，原料混合充分，所得产品质量较高，但制凝胶过程过于繁琐；水热法要求反应釜压强达到20个大气压以上，工业生产设备投资大，安全隐患大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工艺简单，成本低廉，操作安全，便于工业化生产的锂离子动力电池磷酸钒锂正极材料的制备方法。

本发明的锂离子动力电池磷酸钒锂正极材料的制备方法，其步骤如下：

1）用去离子水分别配制浓度为50～100 g/L的白色浑浊NH₄VO₃溶液和浓度为100～140 g/L的LiOH·H₂O水溶液，将LiOH·H₂O水溶液加到NH₄VO₃的白色浑浊溶液中均匀搅拌直至溶液变清；

2）将水合肼逐滴加入到步骤1）制得的溶液中，直至溶液变为淡黄色；

3）用去离子水配制浓度为100～120 g/L的(NH₄)₂HPO₄水溶液，然后将此水溶液加入步骤2）的淡黄色溶液中，得到棕黑色溶液；