[发明专利]一种长寿命锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种长寿命锂离子电池正极材料的制备方法，尤其涉及一种长寿命锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备方法，属于离子电池技术领域。

背景技术

与其它二次电池相比，锂离子电池具有十分明显的优势，其工作电压高，能量密度高，没有明显的记忆效应，对环境的污染比较小，自放电率小，循环寿命长，能量效率高，是便携式电子产品的理想电源，也是未来电动助力车的首选电源。

锂离子电池正极主要有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等，其中LiCoO₂资源短缺、成本高、毒性较大，其放电平台电压约为3.9V，实际容量为140mAh/g，仅为理论容量的一半。LiNiO₂电压范围为2.5～4.2V，理论容量为274mAh/g，实际容量已达190～210mAh/g，但制备条件非常苛刻，这给LiNiO₂的商业化生产带来相当大的困难；LiNiO₂热稳定性差，且放热量多，这对电池带来很大的安全隐患；LiNiO₂在充电过程中容易发生结构的变化，使电池的循环性能变差；所有这些缺点限制了LiNiO₂的发展。具有尖晶石结构的LiMn₂O₄用于锂离子正极材料，工作电压为4V，理论容量为148mAh/g，实际容量为90～120mAh/g，锰资源丰富，价格便宜安全性高，但是由于其理论容量不高，材料在电解质中会缓慢溶解，容易发生晶格畸变，循环性能不好，使其应用受到了限制。具有橄榄石结构的LiFePO₄是近年来研究的热门锂离子电池正极材料之一，其具有高稳定性、更安全可靠、更环保并且价格低廉等优点，但由于其发电平台较低(3.4V)，理论容量不高，室温电导率低，商业化生产也受到限制。

在3.4-4.3V工作电压范围，磷酸钒锂的理论容量为133mAh/g，材料合成工艺简单，容易实现商业化。最为重要的是，该材料在此电压范围具有3个电压平台，使得该材料的荷电态的判断十分方便，只要根据其电压就可以准确判断带电情况，这会大幅降低成品锂离子电池组的成本。成品锂离子电池组中用于判断电池组荷电态的微电子电路占据整个成品电池组的成本的10-25%，磷酸钒锂多电压平台使得成品电池组不必使用微电子控制电路来判断荷电态，节省了微电子电路的成本。

中国专利文献CN102074691A（申请号：201010606802.9）公开了一种锂离子电池层片状磷酸钒锂正极材料的制备方法，步骤包括：1）分别配制LiOH·H₂O水溶液和甘氨酸水溶液；2）将NH₄VO₃加入到去离子水中，再加入H₃PO₄，得到棕红色溶液；3）将LiOH·H₂O溶液加入到上述棕红色溶液，搅拌均匀后加入甘氨酸水溶液，混合后再加入一定量的SuperP搅拌1h，用氨水调节溶液的pH值为2～5，干燥，得前驱体粉末；4）在氩气保护气氛下，烧结前驱体粉末，得到层片状磷酸钒锂正极材料。但该方法制备的锂离子电池层片状磷酸钒锂正极材料容量保持率较低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种长寿命锂离子电池正极材料的制备方法，尤其提供一种长寿命锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种长寿命锂离子电池正极材料的制备方法，步骤如下：

（1）将锂源化合物、钒源化合物、金属M化合物和PO₄^3-化合物，按照锂：钒：M：磷元素摩尔比为(3～3.5):(2-x):x:3混合，加入蔗糖，球磨，得固体混合物；

或者，将锂源化合物、钒源化合物、金属M化合物和PO₄^3-化合物分别配置成溶液，按照锂：钒：M：磷元素摩尔比为(3～3.5):(2-x):x:3将溶液混合，然后将混合溶液60～80℃加入到柠檬酸溶液中，搅拌得凝胶状物质，85～95℃进一步搅拌加热得凝胶；

所述的M选自Co、Al、Cr、Mn或Ni中的一种或者几种，所述的0＜x≤0.8；所述的柠檬酸：锂的摩尔比为1:（1～10）；