[发明专利]一种锂电池磷酸钒锂电极活性材料的生产制备工艺方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及锂电池活性材料磷酸钒锂的生产制备工艺方法。

背景技术

锂离子二次动力电池的发展是新能源汽车发展的关键所在，而动力电池的充电时间是制约电动汽车发展的主要瓶颈之一。磷酸盐系正极材料是一类很有特色的正极材料，与传统的钴酸锂、锰酸锂以及三元材料相比，材料结构更为稳定。稳定的结构带来了良好的安全性能，优良的库伦效率和较长的循环寿命，非常适合作为高能动力电池的新型正极材料。与磷酸铁锂不同，本项目选择的磷酸钒锂(Li₃V₂(PO₄)₃)正极材料不仅具有良好的安全性，并且具有更高的Li⁺离子扩散系数，更高的放电电压(4.1V)和能量密度(2330mWh/cm³)，兼具了钴酸锂和磷酸铁锂的优点，克服了上述两者的缺点。发明人前期的工作(在先申请号：201410398894.4)通过制备非化学计量比Li_3-3xV_2+x(PO₄)₃：将锂源、钒源、磷源和碳源按照摩尔比为(3-3x:2+x:3:2)(分别以锂元素、钒元素、磷元素和碳源计)，当x＝0.10，Li_3-3xV_2+x(PO₄)₃作为锂离子动力电池正极材料表现出优异的电化学性能。

然而具有优良充放电性能的非整理磷酸钒锂作为正极材料，应用于锂离子电池，还需要能够批量生产的工业化生产线。而前面专利申请所提及的制备工艺是在实验室条件下完成，并不适合直接用于大规模工业化生产。

磷酸钒锂与磷酸铁锂类似，都需要在隔绝氧气的环境下制备，因此工艺上可以借鉴磷酸铁锂的制备工艺，通常可以采用混料，粗磨，细磨(砂磨)，喷雾干燥，高温烧结，粉碎，包装等工艺。这样的工艺步骤繁多，如果能简化工艺，将极大的节省生产的成本，加快产品的生产速度，提高产量，并且增加产品质量的可控性。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种锂电池磷酸钒锂电极活性材料的生产制备工艺方法，更加适合大规模工业化生产，且相对于磷酸铁锂的生产工艺方法，更简单、效率更高，产品质量可控。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种锂电池磷酸钒锂电极活性材料的生产制备工艺方法，包括以下步骤：

S1：非化学计量比的Li_3-3xV_2+x(PO₄)₃溶液制备：将锂源、钒源、磷源和碳源按照摩尔比为(3-3x):(2+x):3:y的比例溶于水，并搅拌均匀制成均一的饱和溶液，其中0＜x＜0.15,1.5≤y＜3；

S2：然后在恒压恒速的条件下，将步骤S1得到的饱和溶液送入喷雾干燥器中经过雾化喷出，与此同时从喷雾干燥塔的切向方向送入干燥的热风，所述热风气流方向与溶液喷出的方向同向，所述喷雾干燥器的顶部还设有抽真空设备将喷雾干燥器内的湿风引出；

S3：喷雾干燥器底部收集得到干燥的超细颗粒的原料粉末；

S4：所述原料粉末在惰性气体的保护下高温烧结1～10h，烧结温度为600～850℃；

S5：最后冷却并粉碎，产品包装。

作为优选，步骤S1中碳源为柠檬酸、蔗糖、葡萄糖、聚乙二醇、抗坏血酸或草酸氢铵。

作为优选，步骤S1中碳源为抗坏血酸或草酸氢铵。

进一步改进，步骤S1中，首先将钒源溶于水得到五价钒溶液，然后继续加入碳源进行预反应得到三价钒溶液的前驱体，继续加入剩余计量的锂源和磷源，搅拌溶解；此过程中碳源加入的量的相对值范围为1.5≤y＜1.8。

作为优选，所述钒源为偏钒酸铵。

作为优选，所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂或硝酸锂中的一种或多种的混合物。

作为优选，所述磷源为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸铵或磷酸中的一种或多种的混合物。

有益效果：本发明采用喷雾干燥法直接对雾化的原料饱和溶液进行气液相接触热交换，能迅速干燥得到磷酸钒锂超细颗粒，符合大规模工业化生产；通过预处理降低碳源的使用量和优选粘度小的碳源从而减少过剩碳源，进而避免原料饱和溶液粘连在喷雾干燥器的内壁，能迅速干燥。

具体实施方式