[發明專利]一種釕摻雜的磷酸釩鋰正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710130995.7
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN106876703B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 竇輝;張存良;張校剛;聶平;李洪森;董升陽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45
• 代理公司: 32200 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 曹翠珍<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種釕摻雜的磷酸釩鋰正極材料及其制備方法，制備方法是：（1）將鋰源、釩源、磷源、釕源按照物質的量之比3:2:3:（0.01?0.04）加入到球磨罐中；（2）將表面活性劑按照與鋰源物質的量之比為3:（2.0?3.5）加入磨球罐中，以乙醇作溶劑，球磨形成漿料；(3)將漿料在60℃條件下干燥，得到前驅體；（4）在氣體保護下，將前驅體置于馬弗爐中，350℃預處理4小時，700?900℃高溫煅燒6?12小時，即制備了釕摻雜的磷酸釩鋰正極材料。所得材料為納米尺寸，縮短了鋰離子的擴散距離，提高了材料的電化學性能。本發明制備工藝簡單，過程易于控制，適合大規模的工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料，尤其涉及一種釕摻雜磷酸釩鋰正極材料及其制備方法。

背景技術

當今社會對于能源的需求量越來越大，傳統能源對環境的污染較大，社會亟須一種新型的清潔能源。而鋰離子電池作為一種儲能器件，以其安全穩定、清潔、比能量高、循環壽命好等特點，備受世界各國研究者的青睞，自第一款商業化鋰離子電池問世以來，近年來得到了深入的研究與發展。目前已廣泛應用于移動式電子設備、電動汽車以及大型的儲能設備。

正負極材料是鋰離子電池的重要組成部分，更是鋰離子電池的關鍵與核心，決定了電池性能的優劣。目前，市場上最常見的正極材料主要有：磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元材料、鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰，但是這些材料存在著比能量低、穩定性以及安全性較差等問題。其中，磷酸釩鋰材料具有能量密度高和循環穩定性好的優點，但是材料自身的電子導電性較差，限制了在儲能設備上的應用和推廣。研究發現，通過摻雜金屬元素對磷酸釩鋰進行改性，可以提高磷酸釩鋰材料的電子導電性。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種釕摻雜的磷酸釩鋰正極材料，能夠有效增強磷酸釩鋰正極材料電子導電性，提高放電比容量及快速充放電能力。

本發明的另一個目的是提供一種釕摻雜的磷酸釩鋰正極材料的制備方法，工藝簡單，易于控制。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種釕摻雜磷酸釩鋰正極材料，包括鋰、釩、磷、釕元素，其中在磷酸釩鋰電極材料中摻雜釕離子提高本征電子電導率，借助表面活性劑的膠束作用縮短鋰離子的擴散距離，該正極材料的外觀呈納米顆粒狀，粒徑小于100nm。

一種釕摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法，步驟如下：

(1)將鋰源、釩源、磷源、釕源加入到球磨罐中；

鋰源、釩源、磷源、釕源的摩爾比為3:2:3:(0.01-0.04)；較佳地，該摩爾比為3:2:3:0.02。

所述的鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰或者乙酸鋰。

所述釩源為五氧化二釩或者偏釩酸銨。

所述磷源為磷酸、磷酸氫二銨或者磷酸二氫銨。

所述釕源為氯化釕或者二氧化釕。

(2)按照表面活性劑與鋰源的物質的量之比為3:(2.0-3.5)，將表面活性劑加入磨球罐中，以無水乙醇作溶劑，經高能球磨機球磨，混合均勻，形成漿料；

所述表面活性劑為脂肪酸，具體而言是月桂酸、豆蔻酸或油酸，較佳是月桂酸。

表面活性劑與鋰源的物質的量之比較佳為1:1。

(3)將步驟(2)的漿料在60℃條件下干燥12小時，得到釕摻雜的磷酸釩鋰的前驅體；

(4)在氣體保護下，將上述前驅體置于馬弗爐中，350℃預處理4小時，700-900℃高溫煅燒6-10小時，即制備得到釕摻雜的磷酸釩鋰正極材料。

較佳地，是在800℃高溫煅燒8小時，所述保護氣體為氮氣、氬氣、氫氣。