[发明专利]五氧化二钒与rGO共包覆梯度三元正极材料及制备方法

说明书

五氧化二钒与rGO共包覆梯度三元正极材料及制备方法，所述正极材料是由五氧化二钒和rGO内外两层包覆镍钴锰酸锂形成的球形核壳结构颗粒；所述镍钴锰酸锂与五氧化二钒和rGO的质量比为1:0.01～0.05:0.01～0.05；所述镍钴锰酸锂的化学式为LiNi_xCo_yMn_(1‑x‑y)O₂，其中0.70≤x≤0.90，0.05≤y≤0.2，1‑x‑y＞0。本发明还公开了五氧化二钒与rGO共包覆梯度三元正极材料的制备方法。本发明正极材料锂离子和电子导电率高，电化学性能好；本发明方法简单可控，流程短，成本低，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种三元正极材料及制备方法，具体涉及一种五氧化二钒与rGO共包覆梯度三元正极材料及制备方法。

背景技术

高镍三元材料由于其较高的理论比容量和较高的质量比能量，是目前最具有吸引力的正极材料之一。但是，高镍三元材料在其充放电循环过程中依旧存在循环稳定性较差、倍率性能不足等问题，且材料表面容易受到HF腐蚀，影响材料结构的稳定性，同时材料表面的Ni⁴⁺离子容易还原成岩盐相NiO，极大的影响材料的导电性。研究人员对高镍三元材料进行改性实验，尤其是表面包覆目前已经被广泛研究，但效果均欠佳。

CN109980204 A 公布了一种通过表面活性剂辅助水热法制备五氧化二钒包覆的高性能的三元正极材料的方法，具体将偏钒酸铵在去离子水中溶解生成的五氧化二钒溶液与溶剂热法制备的三元材料混合烧结而成。但是，1）采用水热法制备三元材料前驱体不适用于广泛使用；2）偏钒酸铵在溶液中溶解不能保证五氧化二钒完全转换得到；3）三元前驱体配锂与钒源共烧对三元材料的结构会造成影响。因此，该方法仅适用于实验过程，合成工艺较为复杂，有待进一步改进。

CN109546123 A 公开了一种五氧化二钒包覆核壳结构梯度镍钴锰正极材料及制备方法，所述五氧化二钒包覆核壳结构镍钴锰酸锂材料的核壳结构由于壳层材料的过渡金属含量突变，在高温处理的过程中，如果在核壳界面处发生金属离子和电子扩散，就会形成阻碍扩散的障碍，极大的降低材料的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种在充放电过程中锂离子和电子导电率高，结构稳定性、热稳定性、倍率性能以及长循环稳定性好，充放电反应高度可逆的五氧化二钒与rGO共包覆梯度三元正极材料。

本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种简单可控，工艺流程短，包覆效果好，成本低，适宜于工业化生产的五氧化二钒与rGO共包覆梯度三元正极材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：五氧化二钒与rGO共包覆梯度三元正极材料，所述正极材料是由五氧化二钒和rGO内外两层包覆镍钴锰酸锂形成的球形核壳结构颗粒；所述镍钴锰酸锂与五氧化二钒和rGO的质量比为1:0.01～0.05:0.01～0.05；所述镍钴锰酸锂的化学式为LiNi_xCo_yMn_(1-x-y)O₂，其中0.70≤x≤0.90（更优选0.80≤x≤0.88），0.05≤y≤0.2（更优选0.10≤y≤0.15），1-x-y＞0。离子导体五氧化二钒首先包覆在镍钴锰酸锂三元材料表面，防止正极材料在充放电循环过程因电解液直接接触发生副反应，并增强离子导电性，提高循环稳定性，然后再经过电子导体层rGO的包覆，可以进一步保护材料循环过程结构稳定，并提高电子导电性，尤其在大倍率条件下可以表现出优异的电化学性能。通过由外至内电子导体保护层、离子导体保护层、梯度三元材料的结构设计，有利的保护了三元材料在循环过程的稳定性，并能提升正极材料在循环过程的离子和电子导电性，从而表现出优异的电化学性能。

本发明中的rGO是还原氧化石墨烯的简称。