[发明专利]正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种正极材料及其制备方法和应用，该正极材料的通式为LirV_3‑xM_xO_8‑yZ_y，其中，M、Z为掺杂元素，所述M选自Co和Ni、Mn、Cr、Al、Mg、Fe、Cu、Zr、La、Ti、Ca、Ba、B、Si中的至少之一，所述Z选自F、Cl、Br、I、橄榄石型聚阴离子、酸根中的至少之一，0.6r≤1.05，0.01x≤0.1，0.01＜y≤0.30，且所述正极材料属于p2₁/m空间群，具有层状晶体结构。该正极材料晶体结构的稳定性强，晶格无序化程度高，放电比容量、首次库伦效率以及多次循环后的容量保持率等均较高。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体而言，本发明涉及正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

钒的资源非常丰富，钒在地壳中的总含量排在金属的第22位，估计为0.02％-0.03％。价格比钴、锰低。钒为多价元素，能形成多种锂钒氧化物。目前研究最多的锂钒氧化物有尖晶石型Li_xV₂O₄、反尖晶石型LiMVO₄、层状结构的Li_xVO₂和Li_1+xV₃O₈。

锂钒氧化物中Li_1+xV₃O₈作为锂离子电池正极材料以其独特的性能与结构引起了人们的强烈关注。Li_1+xV₃O₈属于p2₁/m空间群，具有层状结构，由于结构稳定且层间存在可被Li⁺占据的空位，每摩尔Li_1+xV₃O₈可以允许3mol以上的锂离子可逆地嵌入/脱出。Li_1+xV₃O₈具有锂的嵌入量大(x可达4.5)、放电容量大、可逆性较好、寿命长、制备方法简单等优点，是极具开发潜力的正极材料。但作为锂离子电池二次正极材料，Li_1+xV₃O₈也有不可忽视的缺点，其显著缺点是在锂离子嵌入和脱出的过程中，其存在多个相变，电压平台不明显，且导电率低、氧化能力强，容易导致有机电解液分解等。尽管如此，Li_1+xV₃O₈还是一种很具有发展前途的锂离子电池的正极材料。如何进一步探索其结构、寻找更佳的制备方法以及有效的改性手段来提高其稳定性、循环可逆性和电化学性能，成为Li_1+xV₃O₈继续发展的前提。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种正极材料及其制备方法和应用。该正极材料晶体结构的稳定性强，晶格无序化程度高，放电比容量、首次库伦效率以及多次循环后的容量保持率等均较高。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种正极材料，根据本发明的实施例，所述正极材料的通式为LirV_3-xM_xO_8-yZ_y，其中，M、Z为掺杂元素，所述M选自Co和Ni、Mn、Cr、Al、Mg、Fe、Cu、Zr、La、Ti、Ca、Ba、B、Si中的至少之一，所述Z选自F、Cl、Br、I、橄榄石型聚阴离子、酸根中的至少之一，0.6r≤1.05，0.01x≤0.1，0.01＜y≤0.30，且所述正极材料属于p2₁/m空间群，具有层状晶体结构。