[发明专利]一种钌掺杂的磷酸钒锂正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钌掺杂的磷酸钒锂正极材料及其制备方法，制备方法是：（1）将锂源、钒源、磷源、钌源按照物质的量之比3:2:3:（0.01‑0.04）加入到球磨罐中；（2）将表面活性剂按照与锂源物质的量之比为3:（2.0‑3.5）加入磨球罐中，以乙醇作溶剂，球磨形成浆料；(3)将浆料在60℃条件下干燥，得到前驱体；（4）在气体保护下，将前驱体置于马弗炉中，350℃预处理4小时，700‑900℃高温煅烧6‑12小时，即制备了钌掺杂的磷酸钒锂正极材料。所得材料为纳米尺寸，缩短了锂离子的扩散距离，提高了材料的电化学性能。本发明制备工艺简单，过程易于控制，适合大规模的工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料，尤其涉及一种钌掺杂磷酸钒锂正极材料及其制备方法。

背景技术

当今社会对于能源的需求量越来越大，传统能源对环境的污染较大，社会亟须一种新型的清洁能源。而锂离子电池作为一种储能器件，以其安全稳定、清洁、比能量高、循环寿命好等特点，备受世界各国研究者的青睐，自第一款商业化锂离子电池问世以来，近年来得到了深入的研究与发展。目前已广泛应用于移动式电子设备、电动汽车以及大型的储能设备。

正负极材料是锂离子电池的重要组成部分，更是锂离子电池的关键与核心，决定了电池性能的优劣。目前，市场上最常见的正极材料主要有：磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂，但是这些材料存在着比能量低、稳定性以及安全性较差等问题。其中，磷酸钒锂材料具有能量密度高和循环稳定性好的优点，但是材料自身的电子导电性较差，限制了在储能设备上的应用和推广。研究发现，通过掺杂金属元素对磷酸钒锂进行改性，可以提高磷酸钒锂材料的电子导电性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钌掺杂的磷酸钒锂正极材料，能够有效增强磷酸钒锂正极材料电子导电性，提高放电比容量及快速充放电能力。

本发明的另一个目的是提供一种钌掺杂的磷酸钒锂正极材料的制备方法，工艺简单，易于控制。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钌掺杂磷酸钒锂正极材料，包括锂、钒、磷、钌元素，其中在磷酸钒锂电极材料中掺杂钌离子提高本征电子电导率，借助表面活性剂的胶束作用缩短锂离子的扩散距离，该正极材料的外观呈纳米颗粒状，粒径小于100nm。

一种钌掺杂磷酸钒锂正极材料的制备方法，步骤如下：

(1)将锂源、钒源、磷源、钌源加入到球磨罐中；

锂源、钒源、磷源、钌源的摩尔比为3:2:3:(0.01-0.04)；较佳地，该摩尔比为3:2:3:0.02。

所述的锂源为氢氧化锂、碳酸锂或者乙酸锂。

所述钒源为五氧化二钒或者偏钒酸铵。

所述磷源为磷酸、磷酸氢二铵或者磷酸二氢铵。

所述钌源为氯化钌或者二氧化钌。

(2)按照表面活性剂与锂源的物质的量之比为3:(2.0-3.5)，将表面活性剂加入磨球罐中，以无水乙醇作溶剂，经高能球磨机球磨，混合均匀，形成浆料；

所述表面活性剂为脂肪酸，具体而言是月桂酸、豆蔻酸或油酸，较佳是月桂酸。

表面活性剂与锂源的物质的量之比较佳为1:1。

(3)将步骤(2)的浆料在60℃条件下干燥12小时，得到钌掺杂的磷酸钒锂的前驱体；

(4)在气体保护下，将上述前驱体置于马弗炉中，350℃预处理4小时，700-900℃高温煅烧6-10小时，即制备得到钌掺杂的磷酸钒锂正极材料。

较佳地，是在800℃高温煅烧8小时，所述保护气体为氮气、氩气、氢气。