[發(fā)明專利]一種釩摻雜富鋰錳基正極材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010049632.2
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN111204813B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張正富;楊雪嬌
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G45/12
• 分類號(hào): C01G45/12;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 昆明合盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 53210
• 代理人: 龍燕

本發(fā)明公開一種釩摻雜富鋰錳基正極材料的制備方法，屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將硫酸錳溶液、硫酸鈷溶液、偏釩酸銨溶液、碳酸鈉溶液混合均勻，并用氨水調(diào)節(jié)pH至8?10，在50℃恒溫?cái)嚢?h，經(jīng)過濾、洗滌、離心、干燥得到混合料A；將混合料A與碳酸鈉、碳酸鋰混合研磨并在勻速升溫到450℃保溫4h，隨后升溫至770?800℃保溫8?10h，隨爐冷卻得到混合料B；將混合料B與硝酸鋰、氯化鋰充分混合后在管式爐中勻速升溫至280℃進(jìn)行離子交換4h，再經(jīng)進(jìn)行離心、干燥得到釩摻雜富鋰錳基正極材料。本發(fā)明所述釩摻雜富鋰錳基正極材料層狀結(jié)構(gòu)明顯、大小均勻，用于制備鋰離子電池，具有較高的充放電比容量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種釩摻雜富鋰錳基正極材料的制備方法，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代社會(huì)的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染、溫室效應(yīng)和能源危機(jī)等問題的不斷出現(xiàn)，使得人們對(duì)于新型綠色能源的開發(fā)變得更加迫切。目前，全球大約有95％以上的移動(dòng)數(shù)碼產(chǎn)品都需要使用鋰離子電池，而鋰離子電池的正極材料是電池中鋰離子的提供者，所以正極材料對(duì)電池的容量和循環(huán)性等性能具有決定性的作用。

對(duì)于更大規(guī)模的應(yīng)用，如電動(dòng)汽車，則需要更高的能量密度電池，由于目前鋰電池的能量密度在一定程度上受到正極比容量(150-200mAh/g)的限制，因此開發(fā)能夠提供更大比容量(200mAh/g)的正極材料至關(guān)重要。富鋰錳基正極材料是一種很有前途的鋰離子電池正極材料。

通過摻釩的鋰錳基正極材料能夠有效地阻止結(jié)構(gòu)在充放電過程中向尖晶石結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，從而有效地提高了正極材料的比容量。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)目前富鋰錳基正極材料的不足，本發(fā)明提供一種釩摻雜富鋰錳基正極材料的制備方法，本發(fā)明釩摻雜富鋰錳基正極材料層狀結(jié)構(gòu)明顯、顆粒大小均勻，用于制備鋰離子電池，具有較高的充放電比容量。

一種釩摻雜富鋰錳基正極材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)將硫酸錳溶液、硫酸鈷溶液、偏釩酸銨溶液、碳酸鈉溶液混合均勻，用氨水調(diào)節(jié)pH至8-10，50℃～70℃攪拌1～2h，經(jīng)過濾、洗滌、離心、100℃真空干燥得24h到混合料A；其中，混合料A中錳離子和鈷離子的摩爾比為27:13，錳、鈷離子總和與釩離子的摩爾比為(20～50):1，錳離子、鈷離子和釩離子的總摩爾比與鈉離子的摩爾比為1:1。

(2)將步驟(1)所得的混合料A與碳酸鈉、碳酸鋰混合，焙燒后隨爐冷卻得到混合料B。

(3)將步驟(3)得到的混合料B研磨后與硝酸鋰、氯化鋰混合在管式爐中勻速升溫至280～330℃進(jìn)行離子交換4～5h，進(jìn)行離心、干燥、研磨即得釩摻雜富鋰錳基正極材料。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(1)混合料A中硫酸錳溶液、硫酸鈷溶液、偏釩酸銨溶液、碳酸鈉溶液的濃度均為2mol/L。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(2)中鈉、鋰、過渡金屬離子之和的摩爾比為10.8:3:9，所述過渡金屬離子為錳離子、鈷離子和釩離子。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(2)中焙燒的條件為：以5～8℃/min的升溫速率勻速升溫到450℃保溫4h，再繼續(xù)升溫至770-800℃恒溫焙燒8-10h。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(3)中硝酸鋰和氯化鋰的質(zhì)量比為(76～88):(24～12)，鋰離子之和與步驟(2)所得混合料中鈉離子的摩爾比為1:1。

本發(fā)明釩摻雜富鋰錳作為鋰離子電池正極材料的電化學(xué)性能測試方法：將釩鈷錳酸鋰材料粉末、超級(jí)炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按質(zhì)量比為8:1:1的比例混合研磨，涂布，組裝成CR2025扣式電池；靜置24h后測試其充放電性能。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明方法通過共沉淀法制備前驅(qū)體，焙燒制備中間體以及離子交換過程均在空氣中進(jìn)行，工藝簡單、成本低廉。