[发明专利]一种钒酸锂包覆富锂氧化物固溶体材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种钒酸锂包覆富锂氧化物固溶体材料的制备方法。本发明属于锂离子二次电池正极材料技术领域。钒酸锂包覆富锂氧化物固溶体材料的制备方法主要包含如下步骤：1)采用先低温后高温的阶梯控温模式，制备摩尔比Mn：Ni：Co＝0.5:0.23:0.1的碳酸盐前驱体；2)混入锂源，进行高温焙烧制备富锂氧化物固溶体材料；3)在富锂氧化物固溶体材料表面包覆钒酸锂。本发明的优点包括：低温模式下，前驱体的初始粒度较小，抑制了初始阶段碳酸盐前驱体粒度的过快生长；高温模式下，新生成的沉淀会以低温模式下生成前驱体为核缓慢生长，消除了低温模式下生成的细粉，得到了振实密度高，球形度好的前驱体。

技术领域

本发明属于锂离子二次电池正极材料技术领域，特别是涉及一种钒酸锂包覆富锂氧化物固溶体材料的制备方法。

背景技术

普及应用新能源汽车的关键是要实现其经济性和使用的便利性与传统燃油汽车相当。动力电池是新能源汽车的核心部分，其中锂离子电池在成本、能量密度方面具有明显的优势，将能够大幅度提升新能源汽车经济性和使用的便利性，锂离子电池体系中正极材料是决定性因素。新能源汽车应全部或部分采用电力驱动，与传统燃油汽车相比，能够减少燃料消耗，但是目前新能源汽车在全生命周期内燃料消耗节省的费用尚不能抵消所增加的成本。若纯电动汽车续航里程达到400公里，在电池系统成本降低至1.0元/Wh以下的条件下，全生命周期内的经济性能够接近传统燃油汽车。提升新能源汽车的使用便利性，增加纯电驱动行驶的续航里程是关键。为增加续航里程，必须增加搭载动力电池系统存储的能量，在不显著增加新能汽车重量和体积的前提下，必须提高动力电池的比能量和能量密度。若纯电动汽车续航里程达到400公里，动力电池系统比能量需要提升至250Wh/kg左右，单体电池比能量需提升到350Wh/kg。

富锂氧化物固溶体正极材料具有比容量高、成本低、安全性能好等特点，是新一代锂离子动力电池比能量密度达到350Wh/kg目标的最具应用前景的候选正极材料之一。

基于富锂氧化物固溶体材料高比容量高电压的优异性能，国内很多公司和研究机构近十年都投入了一定的精力对其进行研究。但由于富锂氧化物固溶体材料循环过程中结构会发生变化，导致材料首次库伦效率较低，循环性能较差，限制了其广泛应用。

常见的制备方法是首先通过共沉淀法制备得到元素均匀分布的前驱体，然后再混入锂源，并通过高温固相反应制备得到最终产品。根据沉淀剂的不同，前驱体主要包含二大类，一是氢氧化物沉淀，二是碳酸盐沉淀。氢氧化物沉淀为了防止二价锰的氧化，需通入惰性气体，生产成本较高，过程不易控制；碳酸盐沉淀难以生成10微米以下的前驱体，且由于生长速度较快导致振实密度偏低，影响产品加工性能和比能量密度的发挥。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种钒酸锂包覆富锂氧化物固溶体材料的制备方法。

本发明的目的是提供一种具有工艺简单，操作方便，前驱体振实密度高、球形度好，提高了产品循环性能；提高了富锂氧化物固溶体材料的首次库伦效率等特点的钒酸锂包覆富锂氧化物固溶体材料的制备方法。

本发明钒酸锂包覆富锂氧化物固溶体材料的制备方法所采取的技术方案是：

一种钒酸锂包覆富锂氧化物固溶体材料的制备方法，其特征是：钒酸锂包覆富锂氧化物固溶体材料的制备方法包括以下工艺步聚：

1)按照摩尔比Mn：Ni：Co＝0.5:0.23:0.1，称取锰源、镍源和钴源，配制金属离子总浓度为1－2mol/L的混合盐溶液；

2)在1－2mol/L碳酸钠溶液中加入氨水，溶液中氨水浓度为0.25－0.5mol/L，标记为混合碱溶液；

3)在搅拌速度为500－800转/分钟条件下，并加热到30－40℃；

4)滴加混合盐溶液和混合碱溶液，控制溶液pH＝7.8－8.2；