[发明专利]一种高倍率性能钒掺杂硅酸铁锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高倍率性能锂二次电池钒掺杂硅酸铁锂正极材料的制备技术，属于电化学电源领域。

背景技术

锂离子电池作为一种重要的储能装置，因其具有工作电压高、能量密度大、自放电小、循环寿命长、使用温度范围宽、无记忆效应、安全突出优点，已经广泛的应用于照相机、移动电话、笔记本电脑等传统小型电池领域，正向着大型化的电动车用动力电池以及风能和太阳的储能电池发展。锂离子电池性能的提高主要取决于高性能正负极材料开发和应用，其中正极材料是锂离子电池的安全性能，能量密度以及成本的关键性影响因素。目前，商品化锂离子电池多以石墨类碳材料为负极，以过渡金属氧化物（如LiCoO₂）为正极材料。与传统层状结构的LiCoO₂以及尖晶石结构的LiMn₂O₄相比，聚阴离子型正极材料受到了广泛的关注，其作为锂离子电池正极材料的优点主要体现在：（1）稳定的框架结构，聚阴离子正极材料中M-O共价键可以增强材料的结构稳定性，即使在大量锂离子脱嵌时，材料的晶体结构仍然稳定，使材料具有极佳的循环稳定性和安全性能；（2）具有灵活可控的充放电电位。其中橄榄石型正极材料LiFePO₄已经掀起了一股研究热潮，并已成功应用在纯电动汽车上。最近一类新型的硅酸盐聚阴离子型正极材料Li₂MSiO₄（M=Mn²⁺，Fe²⁺，Co²⁺）吸引了研究者的关注，其具有的较强Si-O共价键能保持晶体结构的稳定。在这一类硅酸盐材料中，Li₂FeSiO₄因其中铁、硅元素在地壳中含量十分丰富，原料来源广泛，价格低廉，安全性能，循环性能突出而极具应用前景。

将硅酸铁锂应用到动力电池用锂离子电池主要瓶颈是克服其电子电导率低以及锂离子扩散系数低两方面问题。针对这两方面问题的主要解决方法包括：一是制备纳米硅酸铁锂颗粒以缩短电荷在颗粒中的传递路径；二是将硅酸铁锂与导电性能优异的材料（如碳材料等）进行复合；三是通过离子掺杂提高硅酸铁锂材料的本征电导率。其中，采用碳包覆和细化颗粒尺寸等方法对其进行改性时，对其堆积密度提高不利，进而降低电池能量密度；采用金属离子掺杂可以造成一定的晶格缺陷，有效提高材料的本征电导率以及离子导电性。因此，若能在减小碳含量同时使材料具有优异的电子电导率及锂离子迁移速率，则可以显著提高材料的高倍率性能。 

发明内容

本发明的目的是提供一种高倍率性能钒掺杂硅酸铁锂正极材料及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种高倍率性能钒掺杂硅酸铁锂正极材料，钒掺杂硅酸铁锂正极材料是Li₂Fe_1-xV_xSiO₄/C，其中 x在0.01－0.09之间。

制备权利高倍率性能钒掺杂硅酸铁锂正极材料的方法，先将V₂O₅或NH₄VO₃溶解于草酸酒精溶液中，再将锂盐、铁盐和硅源在酒精溶液中混合后添加到溶解有V₂O₅或NH₄VO₃的草酸酒精述溶液中，控制混合后溶液中锂、铁、钒、硅摩尔比为2：1-x：x：1，x=1%~9%，将混合溶液转移到回流体系中回流，将蒸发酒精得到粉末与碳源在丙酮介质中球磨后烘干得到前驱体粉，前驱体在管式进行氮气气氛烧结，冷却、过筛后得到钒掺杂硅酸铁锂正极材料。

混合后溶液中锂、铁、钒、硅摩尔比为2：0.95：0.05：1。

碳源的加入量在5%与10%之间。

所述的锂盐为CH₃COOLi·2H₂O或LiOH。

所述的铁盐为FeC₂O₄·2H₂O。

所述的硅源为SiO₂或Si(C₂H₅O)₄。

所述的碳源为C₆H₁₂O₆或C₆H₈O₇。