[发明专利]一种锂电池正极材料锂钒氧化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池正极材料锂钒氧化物的制备方法。

背景技术

锂电池正极材料需要具有高能量密度和较好的循环性能。Li_1+αV₃O₈因为可以嵌入3个Li⁺离子时，理论容量可以达到372mAh g^-1，因此作为可充电锂电池的正极材料备受青睐。传统的合成方法是把Li₂CO₃和V₂O₅固体颗粒按照一定的化学计量比，在680℃持续加热10小时，该方法得到的LiV₃O₈纯度较高，合成所需的温度较高和时间较长。Hammou等人报道了一种制备锂钒氧化物的方法[Electrochim.Acta，13(1988)1719]。该方法描述的反应在590℃持续进行6个小时，得到的氧化物应用在Li-聚合物电池中。但是该合成温度非常接近融化温度，会造成粉末烧结，而且放电容量损失严重。US-6 136 476借助喷射气流式粉碎机将反应物混合起来，在低于融化温度下，350-550℃加热得到所需的化合物。其中也提到其他反应物混合技术，如旋转鼓式混合器，振动磨碎机和球磨机。该混合倾向于混合物的机械混合。US 5 520 903描述了一种方法，该方法将反应物磨碎混合，压缩成致密的粉末，然后在580-585℃加热，得到的产物是一种单晶颗粒彼此间粘结的团聚体，在使用之前需要磨碎。Patey等人用火焰喷射分解法制备LiV₃O₈纳米颗粒，该材料具有较高的初始容量(320mAh g^-1)，但是容量损失严重，循环50周之后，放电容量降为180mAh g^-1。FR-2 831 715描述了一种方法，该方法把化学计量比的前驱体，在565℃到585℃的温度范围内，持续加热30分钟到10个小时，然后将得到的粉末去团聚化。

前面描述的制备Li_1+αV₃O₈方法耗时较长，温度较高，所得到的颗粒较粗，这对于用作高能量密度，高容量锂电池的正极材料不太有利。

为了降低合成的温度，获得更好的电化学性能，有很多关于凝胶法合成LiV₃O₈的报道。G.Pistoia等人[J.Electrochem.Soc.，137，2365]报道了一种将α-V₂O₅加入到LiOH水溶液中制备Li_1+αV₃O₈的胶状前驱体的方法。该凝胶在氮气气氛下于50℃加热几十个小时可以得到。Jingang Xie等人[Mat.Letters，57，2682]通过加入LiOH·H₂O粉末到偏钒酸缩聚得到的V₂O₅凝胶反应制备得到，其中偏钒酸是NaVO₃溶液通过H⁺/Na⁺离子交换得到。整个制备过程较为复杂，耗时较长，而且离子交换所用的树脂也比较贵。

US 0287061采用双氧水和α-V₂O₅在水介质中反应首先制备得到了V₂O₅凝胶，再与Li盐在氧化气氛中，260℃到580℃之间热处理反应得到Li_1+αV₃O₈。该方法制备的材料颗粒呈杆状，直径500nm左右。放电容量大约为200mAh g^-1，但性能仍然需要进一步改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池正极材料锂钒氧化物的简便制备方法。

本发明的技术方案如下

一种锂电池正极材料锂钒氧化物的制备方法，包括以下步骤：

将含V⁵⁺的钒化合物和具有还原能力的有机酸在水溶液中搅拌，直到溶液变为蓝色；Li源在反应的任何时间加入，得到混合蓝色溶液；加热(加热的温度范围50℃-200℃)后，得到干燥的固体前驱体，然后在氧化气氛中加热分解得到Li_1+αV₃O₈纳米颗粒，0≤α≤0.25。