[发明专利]锂离子电池正极材料球形五氧化二钒和钒酸锂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备锂离子电池正极材料球形五氧化二钒(V₂O₅)和钒酸锂(Li_1+xV₃O₈)的工艺方法，属于化学工程及新材料技术领域。

背景技术

目前对锂离子正极材料的研究主要集中在LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂和LiMn₂O₄几种材料上，而对钒系材料的研究较少，但钒系正极材料具有成本低、循环性能好和高循环比容量等优点。其中V₂O₅和Li_1+xV₃O₈都是很好的锂离子电池正极材料。目前市面所售的V₂O₅粉体和以NH₄VO₃为原料采用高温固相反应制得的V₂O₅粉体都不呈球形，堆密度低，用作锂离子电池正极材料时容量很低，循环性能差。Li_1+xV₃O₈的传统制备方法是采用高温固相反应，将Li₂CO₃和NH₄VO₃按一定计量比在高温下反应较长时间而获得。这种方法既费时，能耗又高，而且产品的性能还很差。近年来，人们采用了溶胶-凝胶法来合成Li_1+xV₃O₈，代替上述的高温固相反应的方法，大大提高了产品的性能。但在已有的方法中，是先通过离子交换树脂来制备V₂O₅溶胶，加入LiOH，直接加热形成凝胶后进行热处理制备Li_1+xV₃O₈。

发明内容

本发明的目的是提出一种制备球形五氧化二钒(V₂O₅)以及球形钒酸锂(Li_1+xV₃O₈)的新工艺和干燥溶胶的新工艺，以简化正极活性材料的制备工艺，并通过其它元素(例如Co，Ni，Al)的掺杂，进一步改善材料的电化学性能。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种锂离子电池正极材料球形五氧化二钒的制备方法，该方法依次包括以下各步骤：

(1)称取一定量的偏钒酸铵，在马弗炉中将其升温至750℃～1000℃熔融，保温1～3小时后，将其急冷于室温下剧烈搅拌的去离子水中，即可得五氧化二钒溶胶；

(2)对步骤(1)所得到的胶状浆料进行喷雾干燥，用蠕动泵进料，速度为10-20mL/min，在0.1Mpa下产生雾化，控制空气进口温度为300±5℃，出口温度为100±5℃，经干燥后即制得球形五氧化二钒溶胶粉体。

一种锂离子电池正极材料球形钒酸锂的制备方法，该方法依次包括以下各步骤：

(1)称取一定量的偏钒酸铵，在马弗炉中将其升温至750℃～1000℃熔融，保温1～3小时后，将其急冷于室温下剧烈搅拌的去离子水中，即可得五氧化二钒溶胶。

(2)在步骤(1)所得的五氧化二钒溶胶中加入氢氧化锂溶液，所加入的氢氧化锂的量按锂钒摩尔比2∶3的比例配制，继续搅拌3～6小时，得到分散均匀的溶胶；

(3)对步骤(2)所得到的胶状浆料进行喷雾干燥，用蠕动泵进料，速度为10-20mL/min，在0.1Mpa下产生雾化，控制空气进口温度为300±5℃，出口温度为100±5℃，制得球形粉体；

(4)将步骤(3)所得的球形粉体在300℃～400℃条件下热处理3～6小时，即获得球形钒酸锂产品。

一种对所述的钒酸锂进行掺杂的方法，该方法依次包括以下各步骤：

(1)按硝酸钴与氢氧化钠的摩尔比为1∶2，硝酸镍与氢氧化钠的摩尔比为1∶2，硝酸铝与氢氧化钠的摩尔比为1∶3的计量比将硝酸钴、硝酸镍和硝酸铝溶液分别与氢氧化钠溶液在搅拌条件下混合，在20℃～40℃温度条件下搅拌2～4小时，再重复离心、洗涤后，分别制得氢氧化钴、氢氧化镍、氢氧化铝胶体；

(2)在五氧化二钒溶胶中加入氢氧化锂溶液，所加入的氢氧化锂的量按锂钒摩尔比2∶3的比例配制，继续搅拌3～6小时，得到分散均匀的溶胶；