[发明专利]掺杂钒元素的锂离子电池Li3MnO4正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种掺杂钒元素的锂离子电池Li₃MnO₄正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电时间长、无记忆效应、对环境污染小、快速充电等优点，在移动通讯等领域应用广泛。近年来，随着能源与环境问题的日益突出以及现代科技的高速发展，人们对锂离子电池正极材料的能量密度提出了更高的要求，因此高理论容量正极材料引起了研究者的广泛关注。

2007年，Juliette A.Saint等人报道（Journal of Power Sources，172（1）：189-197）对于Li₃MnO₄而言，充电时材料转化为LiMnO₄，而在放电时转化为Li₅MnO₄，整个电化学反应的理论容量达698mAh/g。同时由于合成Li₃MnO₄的其原料成本低，资源丰富，对环境友好，作为锂离子电池正极材料，Li₃MnO₄体系具有重要的应用潜力。

然而尽管Li₃MnO₄具有很高的理论放电比容量，但是它也存在导电率差的缺点，其实际首次放电比容量约为110mAh/g左右，严重制约了该材料的实际应用。

发明内容

本发明针对现有材料存在的问题，提供了一种掺杂钒元素的锂离子电池Li₃MnO₄正极材料及其制备方法，通过适量钒掺杂成功改善了Li₃MnO₄材料的导电性，从而提高了材料的放电比容量。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：掺杂钒元素的锂离子电池Li₃MnO₄正极材料，其化学式为Li₃Mn_1-xV_xO₄，其中0.1≤x≤0.4。

掺杂钒元素的锂离子电池Li₃MnO₄正极材料的制备方法，包括有以下步骤：

1）LiMnO₄·3H₂O的制备：先将KMnO₄溶液通过锂型阳离子交换树脂转变为LiMnO₄溶液，然后将LiMnO₄溶液于50℃下真空干燥24h后得到LiMnO₄·3H₂O粉末；

2）根据化学计量比，称量锂源、锰源和钒源，充分混合研磨后，放入管式炉中通氧气气氛煅烧，在70～120℃每隔10℃研磨1次，并在125℃温度下研磨后保温1小时，然后升温至170℃保温2.5h后合成得到Li₃Mn_1-xV_x O₄，其中0.1≤x≤0.4。

按上述方案，所述的锂源由LiOH·H₂O、LiMnO₄·3H₂O两种原料共同提供。

按上述方案，所述的锰源为LiMnO₄·3H₂O。

按上述方案，所述的钒源为NH₄VO₃。

本发明的特点是：

(1)本方法制备过程简单，反应周期短，节约成本易于控制。

(2)通过适量钒掺杂，一定程度上降低了阻抗，从而提高了材料的放电性能。

附图说明

图1为本发明实施例1-4不同钒掺杂量合成Li₃Mn_1-xV_xO₄的XRD图谱；

图2为本发明实施例1-4在7mA/g电流密度下Li₃Mn_1-xV_xO₄的首次放电容量曲线图；

图3为本发明实施例1-4不同钒掺杂量合成Li₃Mn_1-xV_xO₄的电化学阻抗谱。

具体实施方法

下面通过实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。