[發明專利]一種釩系鋰離子電池正極材料、其溶膠凝膠制備方法及用途

有效

• 申請號: 201810072139.5
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108232193B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 王璐;宋明明;劉國昌;杜乃旭;劉歡
• 申請（專利權）人: 大連博融新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種釩系鋰離子電池正極材料、其溶膠凝膠制備方法及用途，釩系鋰離子電池正極材料的溶膠凝膠制備方法包括以下步驟：將釩源與磷源進行混合，混合過程中保持體系溫度、并加入稀釋劑保持體系粘度，其中釩磷摩爾比為2:3～3.5，形成溶膠；將鋰源加入至上述混合物中，鋰釩摩爾比為3～3.5:2；將碳源加入至上述混合物中；將上述混合物進行烘干獲得干凝膠；于惰性氣體中分段焙燒。本發明采用的設備簡單、操作容易、周期短、成本低廉，采用該方法制備的釩系鋰離子電池正極材料主含量及雜質含量易于控制，制得的釩系鋰離子電池正極材料顆粒小，且均勻一致，具有良好的倍率性能及循環性能。解決了現有技術中技術問題。

技術領域

本發明涉及材料技術，尤其涉及一種釩系鋰離子電池正極材料、其溶膠凝膠制備方法及用途。

背景技術

隨著化石能源的枯竭，新型能源的開發利用得到越來越多人的關注，電化學儲能具有成本低、能量密度高、響應時間快等優點成為大規模儲能技術的發展方向。鋰離子電池成為儲能系統的研發熱點，其中鋰離子電池正極材料是電池性能的關鍵。

磷酸釩鋰作為新興的聚陰離子型正極材料，具有高容量(充至4.8V后理論比容量達197mAh/g)、充放電平臺高以及熱穩定性和循環充放電性能等優點，同時磷酸釩鋰具有三維框架結構，可以使鋰離子在材料中快速遷移，較高的鋰離子表觀擴散系數使得鋰離子在較低的溫度下仍能快速傳遞。

目前，制備磷酸釩鋰的方法有很多，包括固相法、溶膠凝膠法、水熱法等，其中固相法存在的問題是物質混合不易均勻，尤其微觀均勻度，以及鋰材料及釩材料之間不易化合，因此需要長時間燒結，性能較差；

常規的溶膠凝膠法一般使用金屬的有機化合物進行制作，成本高昂，不易實現產業化；

水熱法一般而言使用AMV、V₂O₅作為釩源，加磷源鋰源，加入有機化合物，高溫高壓獲得磷酸氧釩鋰，將獲得的沉淀物與碳源高溫還原焙燒獲得成品。

水熱法存在的問題是：(1)五價釩化合物被列為劇毒品，在人員操作時不可避免的會接觸到劇毒化合物；(2)在水熱法中一定要使用還原物質，一般是有機化合物，而且為了使釩沉淀完全，必須加入過量，成本高昂；(3)水熱法使用一種高溫高壓反應容器，屬于壓力容器存在危險性，且成本較高，難以工業化。

因此，如何避免使用復雜危險的反應容器，并能夠低成本的生產出均勻、性能穩定的磷酸釩鋰材料是一個需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于，針對目前磷酸釩鋰制備方法存在反應時間長、生產成本高、采用高壓容器的問題，提出一種釩系鋰離子電池正極材料的溶膠凝膠制備方法，該方法設備簡單、操作容易、周期短、成本低廉，采用該方法制備的釩系鋰離子電池正極材料主含量及雜質含量易于控制，制得的釩系鋰離子電池正極材料顆粒小，且均勻一致，具有良好的倍率性能及循環性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種釩系鋰離子電池正極材料的溶膠凝膠制備方法，包括以下步驟：

1)將釩源與磷源進行混合，混合過程中保持體系溫度為20～100℃，并加入稀釋劑保持體系粘度，形成溶膠，其中釩磷摩爾比為2:3～3.5；

2)將鋰源加入至步驟1)的混合物中，混合均勻，攪拌0.5～1h，其中鋰釩摩爾比為3～3.5:2；

3)將碳源加入至步驟2)的混合物中，混合均勻；碳源的加入量應滿足：使釩系鋰離子電池正極材料的碳含量為1.0～10％wt，本發明中碳源與鋰源的加入順序沒有要求，可先后加入或同時加入；

4)將步驟3)得到的混合物烘干獲得干凝膠；

5)將干凝膠置于非氧化性氣氛中分段焙燒得到釩系鋰離子電池正極材料。