[发明专利]一种钒掺杂富锂锰基正极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种钒掺杂富锂锰基正极材料的制备方法，属于锂离子电池正极材料技术领域。本发明将硫酸锰溶液、硫酸钴溶液、偏钒酸铵溶液、碳酸钠溶液混合均匀，并用氨水调节pH至8‑10，在50℃恒温搅拌1h，经过滤、洗涤、离心、干燥得到混合料A；将混合料A与碳酸钠、碳酸锂混合研磨并在匀速升温到450℃保温4h，随后升温至770‑800℃保温8‑10h，随炉冷却得到混合料B；将混合料B与硝酸锂、氯化锂充分混合后在管式炉中匀速升温至280℃进行离子交换4h，再经进行离心、干燥得到钒掺杂富锂锰基正极材料。本发明所述钒掺杂富锂锰基正极材料层状结构明显、大小均匀，用于制备锂离子电池，具有较高的充放电比容量。

技术领域

本发明涉及一种钒掺杂富锂锰基正极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

随着现代社会的迅猛发展，环境污染、温室效应和能源危机等问题的不断出现，使得人们对于新型绿色能源的开发变得更加迫切。目前，全球大约有95％以上的移动数码产品都需要使用锂离子电池，而锂离子电池的正极材料是电池中锂离子的提供者，所以正极材料对电池的容量和循环性等性能具有决定性的作用。

对于更大规模的应用，如电动汽车，则需要更高的能量密度电池，由于目前锂电池的能量密度在一定程度上受到正极比容量(150-200mAh/g)的限制，因此开发能够提供更大比容量(200mAh/g)的正极材料至关重要。富锂锰基正极材料是一种很有前途的锂离子电池正极材料。

通过掺钒的锂锰基正极材料能够有效地阻止结构在充放电过程中向尖晶石结构的转变，从而有效地提高了正极材料的比容量。

发明内容

针对目前富锂锰基正极材料的不足，本发明提供一种钒掺杂富锂锰基正极材料的制备方法，本发明钒掺杂富锂锰基正极材料层状结构明显、颗粒大小均匀，用于制备锂离子电池，具有较高的充放电比容量。

一种钒掺杂富锂锰基正极材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将硫酸锰溶液、硫酸钴溶液、偏钒酸铵溶液、碳酸钠溶液混合均匀，用氨水调节pH至8-10，50℃～70℃搅拌1～2h，经过滤、洗涤、离心、100℃真空干燥得24h到混合料A；其中，混合料A中锰离子和钴离子的摩尔比为27:13，锰、钴离子总和与钒离子的摩尔比为(20～50):1，锰离子、钴离子和钒离子的总摩尔比与钠离子的摩尔比为1:1。

(2)将步骤(1)所得的混合料A与碳酸钠、碳酸锂混合，焙烧后随炉冷却得到混合料B。

(3)将步骤(3)得到的混合料B研磨后与硝酸锂、氯化锂混合在管式炉中匀速升温至280～330℃进行离子交换4～5h，进行离心、干燥、研磨即得钒掺杂富锂锰基正极材料。

优选的，本发明步骤(1)混合料A中硫酸锰溶液、硫酸钴溶液、偏钒酸铵溶液、碳酸钠溶液的浓度均为2mol/L。

优选的，本发明步骤(2)中钠、锂、过渡金属离子之和的摩尔比为10.8:3:9，所述过渡金属离子为锰离子、钴离子和钒离子。

优选的，本发明步骤(2)中焙烧的条件为：以5～8℃/min的升温速率匀速升温到450℃保温4h，再继续升温至770-800℃恒温焙烧8-10h。

优选的，本发明步骤(3)中硝酸锂和氯化锂的质量比为(76～88):(24～12)，锂离子之和与步骤(2)所得混合料中钠离子的摩尔比为1:1。

本发明钒掺杂富锂锰作为锂离子电池正极材料的电化学性能测试方法：将钒钴锰酸锂材料粉末、超级炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比为8:1:1的比例混合研磨，涂布，组装成CR2025扣式电池；静置24h后测试其充放电性能。

本发明的有益效果：

(1)本发明方法通过共沉淀法制备前驱体，焙烧制备中间体以及离子交换过程均在空气中进行，工艺简单、成本低廉。