[发明专利]一种基于溶胶凝胶体系制备镍掺杂Li3

说明书

本发明公开了一种基于溶胶凝胶体系制备镍掺杂Li₃V₂O₅锂离子电池正极材料的方法，是首先将偏钒酸铵、乙酰丙酮和尿素置于水体系中充分搅拌，而后缓慢加入已经完全溶解的硝酸镍水溶液并不断搅拌直至形成凝胶状，对凝胶状产物进行煅烧后，再用正丁基锂进行锂化处理，即制得Ni掺杂Li₃V₂O₅材料。本发明通过在溶胶凝胶体系中用Ni元素对Li₃V₂O₅正极材料进行掺杂处理，使得该材料中钒元素的价态降低，有效减少充放电过程中不可逆相的生成，通过这种方法处理后的无序材料在高电压窗口下展现出了优异的放电容量和容量保持率。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的改性方法，具体地说是一种基于溶胶凝胶体系制备Ni掺杂Li₃V₂O₅锂离子电池正极材料的方法。

背景技术

可充电锂离子电池于20世纪80年代开始兴起，在90年代得到了飞速的发展，在微电子学、纯电动汽车(EV)、混合动力和插电式混合动力汽车(HEV)等领域具有广阔的应用前景。然而近年来，电动汽车、智能电网及大规模储能等领域对锂离子电池的能量密度和功率密度提出了更高的要求。但目前的锂离子电池材料体系的能量密度、倍率性能和库伦效率仍然有限，尤其是正极材料的低比容量已经成为锂离子电池发展的瓶颈。例如，商用正极材料 Li₂CoO₃、LiFePO₄、LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂理论比容量均低于300mAh/g。目前，研究人员除了对以上材料进行改进之外，还在积极寻找新型高能量密度材料以应对人们对锂离子电池性能的追求。开发高电压、高比容量新型正极材料是进一步提高锂离子电池能量密度的关键。近阶段，新型材料Li₃V₂O₅成为满足这一要求的最有希望的材料之一。

Li₃V₂O₅中锂含量较高，因此与磷酸铁锂、镍钴锰三元材料等常规正极材料相比，具有显著的高比容量优势。然而在其实用化中仍存在一些关键问题亟待解决，如充放电过程中不可逆相变、离子电导率差，特别是电压窗口较低。一般而言，对于锂离子电池的正极材料改性研究主要手段有材料微观形貌设计、复合材料和元素掺杂等。目前这些改性手段的目的都在于提升该材料的电子电导率和循环性能等。专利CN113257583A中将碳纳米管与Li₃V₂O₅复合，以提升Li₃V₂O₅材料的电子电导率，以平均电压0.6V作为锂电池负极使用，具有良好的电化学性能。但是，该复合材料电压窗口较低，在锂电池领域中，正极材料是决定材料性能的关键，高电压窗口有利于提高电池的能量密度和功率密度。

发明内容

针对上述现有技术所存在的不足，本发明提出了一种简单有效的基于溶胶凝胶体系制备 Ni掺杂Li₃V₂O₅锂离子电池正极材料的方法，旨在通过对Li₃V₂O₅材料进行Ni元素掺杂改性，从而提升材料的电压窗口、比容量和循环稳定性等。

本发明为实现目的，采用如下技术方案：

一种基于溶胶凝胶体系制备Ni掺杂Li₃V₂O₅锂离子电池正极材料的方法，包括如下步骤：