[发明专利]一种锂离子电池的钒酸铵正极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池的钒酸铵正极材料的制备方法，步骤如下：步骤1、将偏钒酸铵和芳香族羧酸粉末加入到反应釜中，加入蒸馏水，在磁力搅拌器作用下搅拌，使溶质完全溶解；步骤2、将步骤1中的溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，进行水热反应，反应48h；步骤3、将步骤2得到的材料洗涤，然后在真空干燥箱干燥，得到钒酸铵样品；步骤4、将步骤3的钒酸铵样品、导电剂乙炔黑、粘结剂聚四氟乙烯按照75∶15∶10的质量比称量，加入分散剂乙醇，研磨充分后擀片，冲出8mm的极片，然后真空干燥箱中干燥，得到钒酸铵正极材料。本发明提供了一种工艺简单、原材料丰富、对环境无污染、适合工业化生产的方法，提高了电池的库伦效率和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种高能量锂离子电池的正极材料及其制备方法，具体涉及水热反应来制备锂离子电池正极材料。

背景技术

锂离子电池相比于传统的电池有许多优点，有较高的运行电压(约3.6V)，为镍锰电池和镍镉电池的3倍左右；较高的能量密度(125-130Wh/Kg)，为镍氢电池的2倍，镍铬电池的4倍；较好的循环性能，一般充放电循环的次数能达到10万次；较大的充放电电流，最大27A左右；十分环保，锂离子电池的材料无毒，污染较小；较宽松的运行温度环境，通常在-25℃～65℃都可以正常地运行。因此锂离子电池被广泛应用于各种便携设备和新能源汽车中。

自从20世纪80年代，锂离子电池的开始出现。日本的索尼公司在1992年第一次生产出了商用的锂离子电池。当时负极使用的是碳材料，正极使用的是含锂的化合物。之后，锂离子电池的研究便迅速发展，逐渐改变了数码电子行业的发展。至今已经在移动电话、个人电脑、数码相机等产品上获得了广泛的使用。据报道，目前日本已经研究出了可以使用超过60年的超级锂离子电池，可以充放电超过2万次。知道现在，锂离子电池大量应用于新能源汽车的动力电池。

一般的锂离子电池负极为碳材料，正极为含锂的化合物。锂离子电池在充电和放电的时候，电池中不含有金属锂，只有锂离子，所以被称作锂离子电池。锂离子电池即是以含锂化合物为正极材料的电池。在锂离子电池充电和放电的时候，锂离子在两个电极之间插入和脱出。在锂离子在电极间插入和脱出时，等电量的电子一起进行着插入和脱出。锂离子在电池的两个电极不断移动的过程就像摇椅来回晃动一样，于是就被生动地称作是“摇椅电池”。

锂离子电池的主要组成部分中，正极材料的重量处于第一位，正极材料与负极材料的重量比大约是3∶1。而且，正极材料的市场需求和综合价值也是处于第一位的。因此，正极材料的好坏最大程度地影响着锂离子电池的好坏，它的价格也直接和电池的价格密切相关。目前处于商用的锂离子电池的正极材料价格是很高的。所以即使锂离子电池的性能十分优异，却也并非完美，仍然需要进一步的改进。是以，目前正极材料的主要探究方向之一就是设法降低材料的成本。

目前研究最多的正极材料有以下几种：钴酸锂(LiCoO₂)材料，锰酸锂(LiMn₂O₄)，镍酸锂(LiNiO₂)，磷酸铁锂(LiFePO₄)，三元正极材料，钒基正极材料等。

相比于其他材料，钒酸盐材料有以下优缺点。中国的钒储量和产量都很高，所以钒材料的成本较低，这是发展钒基材料的先天优势。钒基材料因为其层状结构、成本较低、污染较小、比容量高等优势，成为具有很高研究价值的材料。其缺点是循环性能不好，倍率性能较差，充放电效率低，实际电池容量低等。目前正处于研究中的钒基电极材料有V₂O₅、LiV₃O₈、NaV₃O₈、KV₃O₈、CuV₂O₆、AgV₂O₅、ZnV₂O₆、NH₄V₃O₈等。当前钒基材料的研究十分热门。