[发明专利]一种多孔球形锂离子电池正极材料磷酸氧钒锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，尤其是涉及一种采用喷雾干燥技术制备多孔球形锂离子电池正极材料磷酸氧钒锂（LiVOPO₄）的方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

近年来，许多研究者报道，聚阴离子型化合物作为锂离子电池正极材料具有良好的性能，极有可能成为新一代锂离子电池正极材料，尤其是过渡金属磷酸盐，除电位高和离子导电性良好外，还表现出较好的电化学性质和热稳定性，其中LiVOPO₄的研究受到人们的广泛关注。LiVOPO₄是一种新型锂离子电池正极材料，具有较高的放电平台（3.95Vvs Li/Li⁺)，理论比容量为159mAh/g，其能量密度比LiFePO₄略高；而且我国钒资源丰富，储藏量居世界第三，原材料来源广泛，成本低廉；因此LiVOPO₄是一个具有很大潜在价值的高电压锂离子正极材料。

LiVOPO₄虽然具有较高的能量密度，但其电子电导率较低，严重限制了它在大倍率放电时的电化学性能。CN101807691A 和CN101841027A 均公开了锂位钠掺杂和稀土掺杂改性LiVOPO₄以提高其倍率性能的方法，但其仅是从改性掺杂方面来改善材料性能，目前仍没有通过制备具有特殊微观形貌的LiVOPO₄来改善其电化学性能的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种操作简单的多孔球形锂离子电池正极材料磷酸氧钒锂的制备方法，所得磷酸氧钒锂的电化学性能较优异。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种多孔球形锂离子电池正极材料磷酸氧钒锂的制备方法，包括以下步骤： 

 （1）将锂源、钒源、磷源、还原剂按照锂元素、钒元素、磷元素和还原剂的摩尔比为1:1:1:1-5的比例溶于去离子水中,控制金属钒离子的浓度为0.01-2mol·L^-1（优选0.05－1.5 mol·L^-1，更优选0.1－1 mol·L^-1，进一步优选0.2－0.3 mol·L^-1）； 

   （2）将步骤（1）所得混合液置于70－80℃水浴锅中搅拌2-6h，形成溶液；

   （3）将步骤（2）所得溶液调节pH至1-14（无论酸性还是碱性溶液，经过喷雾干燥后均可以得到球形磷酸氧钒锂前驱体，但酸碱对磷酸氧钒锂的产量有影响，酸性过强或碱性过强条件下，产物的量都较少）；

   （4）将步骤（3）所得溶液通过喷雾干燥的方法进行干燥造粒，得磷酸氧钒锂（LiVOPO₄）前驱体；

   （5）将步骤（4）所得磷酸氧钒锂（LiVOPO₄）前驱体置于管式烧结炉中，于非还原性气氛下300-600℃烧结6-10h，冷却到室温，得多孔球形锂离子电池正极材料磷酸氧钒锂（LiVOPO₄）。

进一步，所述锂源为碳酸锂、硝酸锂、氟化锂、草酸锂、磷酸二氢锂、氢氧化锂、醋酸锂或氯化锂中的一种。

进一步，所述钒源为五氧化二钒、偏钒酸铵、钒酸铵、三氧化二钒、草酸氧钒中的一种。

   进一步，所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵、磷酸、焦磷酸中的一种。

   进一步，所述还原剂为酒石酸、柠檬酸、草酸、乙二酸、己二酸、丙二酸、抗坏血酸中的一种。

进一步，步骤（4）中，所述喷雾干燥进风口温度在200-260℃，喷雾干燥蠕动泵转速在700-1800rpm/min，喷雾干燥风机转速在40-150HZ。

进一步，步骤（5）中，所述非还原性气氛为氩气、氮气、空气或氦气或非还原性气体和惰性气体的混合气体。