[发明专利]一种锂离子电池正极材料Li1+xV3O8的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，涉及一种锂离子电池正极材料的制备，尤其涉及一种层状化合物Li_1+xV₃O₈锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

二十世纪九十年代初投入商业使用的锂离子充电电池，作为一种绿色、高效、轻便的可充蓄能电池，具有如下诸多优点：1、能量密度高；2、平均输出电压高，是Ni-Cd、Ni-MH电池的3倍；3、输出功率大；4、自放电小，每月10％以下，不到Ni-Cd、Ni-MH电池的一半；5、无记忆效应，循环性能优越；6、可快速充放电；7、充放电效率高；8、工作温度范围宽，工作温度约为-25-45℃；9无环境污染，是绿色电池；10使用寿命长，从而在微型电池中处于领先地位。目前锂离子充电电池作为移动电话和其他便携电子设备的电源，占据市场主导，需求量急剧增长。锂离子电池主要包括正极、负极和电解质，锂离子电池优异性能很大程度上取决于正、负极材料、电解质和隔膜的选择及制备。目前正极材料研究的热点主要集中在层状Li_xMO₂和尖晶石型Li_xM₂O₄结构的化合物上(M＝Co、Ni、Mn、V等第一系列过渡金属离子)。由于世界钴资源十分有限，导致Li_xCoO₂材料价格昂贵；合成结构完整的Li_xNiO₂较为困难；Li_xMn₂O₄在使用过程中容量衰减快。而层状化合物Li_1+xV₃O₈具有优良的嵌锂能力(每分子单元最多可达4.5个锂原子)，同时具有价格低廉、易于合成、比容量高、平均电压高、充放电速率快、循环寿命长等优点，亦倍受关注。而我国钒矿资源较多，总保有储量V₂O₅ 2596万吨，居世界第3位，如果考虑原料易得，成本低廉和综合电性能等因素，层状化合物Li_1+xV₃O₈适合于大规模生产和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优良的嵌锂能力、比容量高、平均电压高、充放电速率快、循环寿命长、易于合成、价格低廉等优点的层状化合物Li_1+xV₃O₈锂离子电池正极材料的制备方法。

本发明制备锂离子电池正极材料Li_1+xV₃O₈的方法，依次包括下述步骤：

①将锂原料、钒原料及乙二胺四乙酸或/和柠檬酸以摩尔比为1:2.25:3～1:3.75:5的比例加入到反应釜中，再向其中加入锂原料、钒原料及乙二胺四乙酸混合物质的量总量10～25倍的蒸馏水，加热至50～90℃，搅拌，溶解，得到均匀透明溶液或悬浊液；

②继续加热并搅拌，直至蒸干表面水分得到凝胶物，并将凝胶物真空干燥制得蓬松多孔前驱体；

③将所得蓬松多孔前驱体在研钵中研磨均匀，再在200～700℃下合成反应2～10小时；冷却，研磨过筛，得到粉末锂离子电池正极材料Li_1+xV₃O₈。

所述步骤①中，在加入柠檬酸时，先将柠檬酸用水配制成浓度为1.0～6.0mol·L^-1的溶液，再在搅拌状态下缓慢加入到反应釜中。

所述步骤①中，同时加入锂原料、钒原料、乙二胺四乙酸和柠檬酸时，其摩尔比为1:2.25:2:1～1:3.75:3:2。

所述锂原料为分析纯柠檬酸锂、醋酸锂、碳酸锂或硝酸锂中的至少一种。

所述钒原料为偏钒酸铵或五氧化二钒。

所述步骤②中凝胶物真空干燥的真空度为10～10⁴Pa，干燥温度为80～140℃。

所述步骤③中的合成反应是在焙烧炉中完成；所述冷却为随炉冷却，冷却速度为10～50℃·h^-1。

本发明制备的锂离子电池正极材料Li_1+xV₃O₈，经X射线衍射图谱测定，其衍射峰清晰且尖锐，与标准卡片完全对应，说明本发明制备的产物为Li_1+xV₃O₈层状化合物，且晶型完整。