[发明专利]一种正极材料及其制备方法及电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池领域，具体涉及一种正极材料及其制备方法及电池。

背景技术

当前，锂离子电池的正极材料主要以钴酸锂为主，但是钴酸锂正极材料比容量偏低，无法满足当前电子产品对电池能量的需求，而且钴价格昂贵，因此需要比容量更高且价格便宜的材料进行代替。相比之下，钒系材料具有明显的优势，我国有丰富的钒资源，为世界第五大钒资源国，钒的价格相对钴便宜很多，材料的理论比容量高，多次充放电循环性能好，不与电解液反应，安全性能好，因此钒系材料是很有前景的锂二次电池正极材料。

钒系材料中的五氧化二钒是一种较好的电池正极材料，由于其具有层状结构、较高的电压(约3VvsLi/Li⁺)、大的比容量、资源丰富、价格便宜等特点。但是目前正极材料采用为晶体五氧化二钒，其循环容量下降快，导致其循环性能不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中五氧化二钒材料的循环容量下降较快的缺点，从而提供了一种循环容量稳定的电池正极材料。

一种正极材料，其包括具有层状结构的非晶态五氧化二钒粉末，所述层状结构中掺杂有氟元素；在使用Cu-Kα射线的X射线衍射中，其003面衍射峰的半峰宽为1～3。

本发明的第二个目的是提供了一种上述的正极材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将五氧化二钒晶体在含氧气氛下，高温煅烧至熔融状态形成熔液，将熔液倒入水中并搅拌，得到溶胶；

(2)将溶胶陈化，真空干燥得到干凝胶；

(3)将干凝胶溶解，并加入氟源，搅拌，真空干燥。

本发明的第三个目的是提供了一种电池，其包括，电池壳、极芯和电解液，所述极芯和电解液密封容纳在电池壳内，所述极芯包括正极、负极和位于正极与负极之间的隔膜，所述正极包括集流体和负载在集流体上的正极材料，所述负极包括集流体和负载在集流体上的负极材料，所述正极材料包含本发明所提供的正极材料。

本发明所提供的正极材料的电池循环性能稳定，而且比容量高、首次充放电效率较高。本发明所提供的制备方法工艺简单，并且无污染。

附图说明

图1本发明实施例1的XRD图谱。

具体实施方式

一种正极材料，其包括非晶态层状结构的五氧化二钒粉末，其层状结构中掺杂有氟元素；在使用Cu-Kα射线的X射线衍射中，其003面衍射峰的半峰宽为1～3。

其中，正极材料的平均粒径为5～10μm。

正极材料中氟元素与五氧化二钒的摩尔比为1∶10～1∶100，更优选为1∶12～1∶30。

正极材料中氟离子嵌入层状结构V₂O₅的层与层之间，氟离子的半径略大于V₂O₅的层间距，由于氟离子的嵌入会使V₂O₅的层间距增大，有助于锂离子的插入与脱出，从而改善材料的循环性能。

一种上述的正极材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将五氧化二钒晶体在含氧气氛下，高温煅烧至熔融状态，形成熔液，将熔液倒入水中并搅拌，得到溶胶；

(2)将溶胶陈化，真空干燥得到干凝胶；

(3)将干凝胶溶解，并加入氟源，搅拌，真空干燥。

本发明中五氧化二钒晶体(c-V₂O₅)，可以从市场上直接购买，也可以自己制备。对其粒径也没有特殊要求。

将五氧化二钒晶体在含氧气氛下烧结，其中含氧气氛可以是氧气气氛或者空气气氛，还可以是氧气与惰性气体的混合气气氛。

本发明优选氧气气氛。氧气气氛是由持续通入氧气流来实现的，其中氧气的流速为10～300ml/min，优选为200ml/min。

五氧化二钒在高温下易分解释放出氧气，在含氧气氛下特别是在氧气气氛下，可以抑制五氧化二钒的分解。

高温煅烧至熔融状态后，在700～1200℃之间恒温保持1～12h，其中优选800℃恒温保持4h。

在高温煅烧时，盛放五氧化二钒晶体所用的容器，可以选用陶瓷坩埚、刚玉坩埚或者其他坩埚。

本发明对高温煅烧所用的烧结炉没有特殊限制，可以选用高温电阻炉、电弧炉等。

将熔液倒入水中并搅拌时，在尽可能短的时间内完成，让熔液骤冷，从而可以形成较好的溶胶。

其中熔液(也即五氧化二钒的质量)与水的质量比为1∶100-1∶1000，优选为1∶200。