[发明专利]一种钒系锂离子电池正极材料、其溶胶凝胶制备方法及用途

说明书

本发明提供一种钒系锂离子电池正极材料、其溶胶凝胶制备方法及用途，钒系锂离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法包括以下步骤：将钒源与磷源进行混合，混合过程中保持体系温度、并加入稀释剂保持体系粘度，其中钒磷摩尔比为2:3～3.5，形成溶胶；将锂源加入至上述混合物中，锂钒摩尔比为3～3.5:2；将碳源加入至上述混合物中；将上述混合物进行烘干获得干凝胶；于惰性气体中分段焙烧。本发明采用的设备简单、操作容易、周期短、成本低廉，采用该方法制备的钒系锂离子电池正极材料主含量及杂质含量易于控制，制得的钒系锂离子电池正极材料颗粒小，且均匀一致，具有良好的倍率性能及循环性能。解决了现有技术中技术问题。

技术领域

本发明涉及材料技术，尤其涉及一种钒系锂离子电池正极材料、其溶胶凝胶制备方法及用途。

背景技术

随着化石能源的枯竭，新型能源的开发利用得到越来越多人的关注，电化学储能具有成本低、能量密度高、响应时间快等优点成为大规模储能技术的发展方向。锂离子电池成为储能系统的研发热点，其中锂离子电池正极材料是电池性能的关键。

磷酸钒锂作为新兴的聚阴离子型正极材料，具有高容量(充至4.8V后理论比容量达197mAh/g)、充放电平台高以及热稳定性和循环充放电性能等优点，同时磷酸钒锂具有三维框架结构，可以使锂离子在材料中快速迁移，较高的锂离子表观扩散系数使得锂离子在较低的温度下仍能快速传递。

目前，制备磷酸钒锂的方法有很多，包括固相法、溶胶凝胶法、水热法等，其中固相法存在的问题是物质混合不易均匀，尤其微观均匀度，以及锂材料及钒材料之间不易化合，因此需要长时间烧结，性能较差；

常规的溶胶凝胶法一般使用金属的有机化合物进行制作，成本高昂，不易实现产业化；

水热法一般而言使用AMV、V₂O₅作为钒源，加磷源锂源，加入有机化合物，高温高压获得磷酸氧钒锂，将获得的沉淀物与碳源高温还原焙烧获得成品。

水热法存在的问题是：(1)五价钒化合物被列为剧毒品，在人员操作时不可避免的会接触到剧毒化合物；(2)在水热法中一定要使用还原物质，一般是有机化合物，而且为了使钒沉淀完全，必须加入过量，成本高昂；(3)水热法使用一种高温高压反应容器，属于压力容器存在危险性，且成本较高，难以工业化。

因此，如何避免使用复杂危险的反应容器，并能够低成本的生产出均匀、性能稳定的磷酸钒锂材料是一个需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前磷酸钒锂制备方法存在反应时间长、生产成本高、采用高压容器的问题，提出一种钒系锂离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，该方法设备简单、操作容易、周期短、成本低廉，采用该方法制备的钒系锂离子电池正极材料主含量及杂质含量易于控制，制得的钒系锂离子电池正极材料颗粒小，且均匀一致，具有良好的倍率性能及循环性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钒系锂离子电池正极材料的溶胶凝胶制备方法，包括以下步骤：

1)将钒源与磷源进行混合，混合过程中保持体系温度为20～100℃，并加入稀释剂保持体系粘度，形成溶胶，其中钒磷摩尔比为2:3～3.5；

2)将锂源加入至步骤1)的混合物中，混合均匀，搅拌0.5～1h，其中锂钒摩尔比为3～3.5:2；

3)将碳源加入至步骤2)的混合物中，混合均匀；碳源的加入量应满足：使钒系锂离子电池正极材料的碳含量为1.0～10％wt，本发明中碳源与锂源的加入顺序没有要求，可先后加入或同时加入；

4)将步骤3)得到的混合物烘干获得干凝胶；

5)将干凝胶置于非氧化性气氛中分段焙烧得到钒系锂离子电池正极材料。