[发明专利]一种锂离子掺杂型钒酸钾锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料的制备领域，尤其涉及一种锂离子掺杂型钒酸钾锂正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，锂离子电池作为应用最广泛的电化学储能设备之一，倍受人们的关注。在实际应用中，低的比容量和差的循环稳定性一直是限制锂离子电池大规模发展的关键因素。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种提升电池电极性能的锂离子掺杂型钒酸钾锂正极材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的具体方案如下：它由钾化合物、钒化合物以及锂化合物组成，各物质的摩尔比为：钾化合物：钒化合物：锂化合物等于（0.7-0.95）：3：（0.05-0.3）。

优选的，所述钾化合物、锂化合物以及钒化合物分别为硝酸钾、硝酸锂和五氧化二钒。

优选的，所述掺入锂离子的掺杂型钒酸钾锂正极材料的分子式为：K_1-xLi_xV₃O₈，0＜x≤3。

优选的，所述正极材料具有钒酸钾KV₃O₈的二维层状结构，锂离子作为掺杂元素部分取代晶格钾离子的位置。

本发明还提供了一种制备锂离子掺杂型钒酸钾锂正极材料的方法，包括以下步骤：

（1）称取钾化合物、钒化合物以及锂化合物进行混合、磨均得到混合物；

（2）将步骤（1）中的混合物在650-750℃下煅烧16-24小时，冷却后得到粉末；

（3）将步骤（2）中的粉末球磨、过目筛，得到掺入锂离子的掺杂型钒酸钾锂正极材料。

优选的，所述钾化合物、锂化合物以及钒化合物分别为硝酸钾、硝酸锂和五氧化二钒。

优选的，所述正极材料的分子式为：K_1-xLi_xV₃O₈，0＜x≤3。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明制备的掺入锂离子的掺杂型钒酸钾锂正极材料，具有钒酸钾KV₃O₈的二维层状结构的结构框架，K⁺离子位于相邻的V₃O₈^-离子层之间，Li⁺离子作为小量掺杂元素进入层状钒酸钾KV₃O₈晶格，取代K⁺离子位置，这种二维层状结构有利于Li⁺离子的掺入及脱出，从而改善其电极性能。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。

实施例1：

称量硝酸钾、硝酸锂和五氧化二钒，其用量控制摩尔比为K : V: Li = 0.8 : 3 : 0.2，将上述原材料混合、磨均，在700℃下煅烧20小时，冷却得到粉末；将所述粉末球磨、过目筛，得到掺入锂离子的掺杂型钒酸钾锂正极材料K_0.8Li_0.2V₃O₈。

实施例2和实施例3的反应步骤均与实施例1相同，但实施例2的反应温度为650℃，煅烧时间为24小时；实施例3的反应温度为750℃，煅烧时间为16小时。

实施例4：

称量硝酸钾、硝酸锂和五氧化二钒，其用量控制摩尔比为K : V: Li = 0.9 : 3 : 0.1；将上述原材料混合、磨均，在750℃下煅烧18小时，冷却得到粉末；将所述粉末球磨、过目筛, 得到掺入锂离子的掺杂型钒酸钾锂正极材料K_0.9Li_0.1V₃O₈。

实施例5和实施例6的反应步骤与实施例4相同，但实施例5的反应温度为650℃，煅烧时间为24小时；实施例6的反应温度为700℃，煅烧时间为16小时。

实施例7：

称量硝酸钾、硝酸锂和五氧化二钒，其用量控制摩尔比为K : V: Li = 0.7 : 3 : 0.3。将原材料混合、磨均，在 650℃下煅烧16小时，冷却得到粉末；将所述粉末球磨、过目筛, 得到掺入锂离子的掺杂型钒酸钾锂正极材料K_0.7Li_0.3V₃O₈。