[发明专利]锂离子电池用铁掺杂磷酸氧钒锂正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池铁掺杂磷酸氧钒锂正极材料的制备方法。

背景技术

LiVOPO₄的理论容量达到159 mAh/g，结构稳定，放电电压与其它正极活性物质相当（相对于金属锂为3.8-3.9V），但它不像LiFePO₄一样，合成时不一定需要还原气氛。尽管Li₃V₂⁽PO₄)₃在过渡金属磷酸盐中具有最高的理论比容量（197 mAh/g），但它具有3.6、3.7、4.1、4.6V等四个充放电平台，而这些平台的容量在实际应用中难以全部发挥。LiVOPO₄只有一个充放电平台，容量可以得到充分利用。同时，钒的资源非常丰富，我国钒的产量排名世界第三，而且钒的价格也比钴低得多，从材料成本来考虑，在我国研究和开发Li-V系正极材料比LiCoO₂正极材料更具有实际意义。LiVOPO₄的这些优点使其成为LiCoO₂的一个潜在替代者。

文献研究表明，LiVOPO₄作为正极材料应用于锂离子电池的最大瓶颈是LiVOPO₄的电子导电率低以及锂离子在其中扩散系数慢，而按传统技术一样单纯地将LiVOPO₄与导电助剂混合，难以解决此问题。

我们在专利CN101807691A和CN101841027A中公开了锂位钠掺杂和稀土掺杂的LiVOPO₄的制备方法，但迄今为止，还没有发现铁掺杂LiVOPO₄正极材料的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池用铁掺杂磷酸氧钒锂正极材料的制备方法，产品提高了电极材料的基础电性能，提出利用流变相法合成铁掺杂型磷酸氧钒锂正极材料，工艺简单，适合于工业化生产。

本发明的目的是以如下方式实现的：锂离子电池用铁掺杂磷酸氧钒锂正极材料，其名义组成式为LiFe_xV_1-0.75xOPO₄，其中，掺杂量范围0＜x＜0.1。

合成的掺杂化合物中铁的掺杂量是一种名义组成量，不代表实际进入氧晶格位的最终掺杂量。

制备以上锂离子电池用铁掺杂型磷酸氧钒锂正极材料的方法，是通过母体原料与掺杂物混合球磨后的流变相合成方式：锂源、铁源、钒源和磷源按Li：Fe：V：P=1：x：（1-0.75x）：1的物质的量比称量原料加入混合球磨的容器，然后加入球磨介质和分散剂混合球磨，混合球磨时间4-6小时，得到流变态胶状物，60-80℃干燥2h，研磨成细粉，再于一定气氛中于400℃-800℃烧结数6-10h，得到名义组成式的铁掺杂磷酸氧钒锂粉体。

分散剂为去离子水、工业酒精、无水乙醇、丙酮中的一种或两种以上的混合物。

混合球磨的容器为刚玉球磨罐、玛瑙球磨罐、、聚氨酯球磨罐、尼龙球磨罐、碳化钨球磨罐中的一种。

球磨介质为氧化锆球、刚玉球、玛瑙球、不锈钢球、聚氨酯球中的一种。

锂源为碳酸锂、草酸锂、醋酸锂、氢氧化锂中的一种。

钒源为五氧化二钒、偏钒酸铵的一种。

铁源为草酸铁、柠檬酸铁或有机铁盐

磷源为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的一种。

保护气氛为氮气、氩气中的一种，保护气氛气流流速为0.1-8.0升/分钟。

本发明是利用易于商业化生产的流变相法，经过简单的混合球磨工艺、通过控制热处理温度和时间，制备出结晶性能良好、成分均匀的铁掺杂锂离子电池磷酸氧钒锂正极材料，室温下首次放电比容量大于140mAh/g。与纯磷酸氧钒锂相比，本发明显著提高了母体容量和循环性能特别是高倍率性能，同时适用于工业化生产。可广泛用于扣式、圆柱形和方型锂离子电池以及锂离子动力电池中。

采用本发明制备的铁掺杂磷酸氧钒锂作为正极材料的锂离子电池适用于各种移动电子设备或需要移动能源驱动的设备，例如移动电话、笔记本电脑、便携式照相机、电动自行车、电动汽车、混合电动汽车以及储能设备等。

具体实施方式：

实施例1