一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法
【專利摘要】一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法，以下具體步驟：（1）將EDTA和堿式鎂化合物按照物質的量之比4：（0.2~1.0）混合均勻后，溶解于熱水中，形成A液；（2）將鋰源、釩源和磷源按照物質的量之比2：3：3依次加入至上述A液，電動攪拌4~8h后形成B液，其中鋰源與步驟（1）中EDTA的物質量之比為2：（1.0~3.5）；（3）將上述B液進行噴霧干燥，得到黑色的顆粒狀前驅體；（4）將上述黑色前驅體進行研磨，放入惰性氣體保護下的650~800℃馬弗爐中，高溫煅燒6~12h，即得鎂摻雜的磷酸釩鋰正極材料。
【專利說明】一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法，尤其涉及一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法。

【背景技術】
[0002]當今社會的飛速發(fā)展，對于能源的需求量越來越大。傳統(tǒng)能源如煤炭、石油的使用在一定程度上緩解了能源的緊缺局面，卻造成了極大的環(huán)境污染。因此，亟須人們設計開發(fā)一種新型的綠色新能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源。鋰離子電池由于具有安全穩(wěn)定、綠色環(huán)保、比能量高、循環(huán)壽命好等特點，不僅能夠緩解能源壓力，還能有效地避免環(huán)境污染，因此備受世界各國研究者的青睞。自SONY公司第一款商業(yè)化鋰離子電池問世以來，鋰離子電池得到了深入的研究與發(fā)展，已廣泛應用于移動式電子設備、混合動力汽車以及大型儲能設備。
[0003]正負極材料是鋰離子電池的重要組成部分，決定了電池性能的優(yōu)劣。與負極材料相比，正極材料的發(fā)展較為緩慢。目前，已實現規(guī)模化生產的正極材料主要有鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及三元材料，但是這些材料存在著毒性大、比能量低、穩(wěn)定性以及安全性較差等問題。磷酸礬鋰材料具有較高的理論比容量和較佳的熱穩(wěn)定性，但是材料自身的導電性較差，限制了在大型儲能設備上的應用。為了提高磷酸礬鋰材料的導電性，研究者通過摻雜金屬元素對磷酸礬鋰進行改性。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效的提高鋰離子電池正極材料電化學性能的鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法。
[0005]為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法，其特征在于以下具體步驟:
(1)將EDTA和堿式鎂化合物按照物質的量之比4: (0.2^1.0)混合均勻后，溶解于熱水中，形成A液；
(2)將鋰源、釩源和磷源按照物質的量之比2:3:3依次加入至上述A液，電動攪拌Γ8h后形成B液，其中鋰源與步驟(I)中EDTA的物質量之比為2:(1.(Γ3.5)；
(3)將上述B液進行噴霧干燥，得到黑色的顆粒狀前驅體；
(4)將上述黑色前驅體進行研磨，放入惰性氣體保護下的65(T80(TC馬弗爐中，高溫煅燒6?12 h，即得鎂摻雜的磷酸釩鋰正極材料。
[0006]此方法中，所述堿式鎂化合物為碳酸鎂、氫氧化鎂中的一種或兩種的混合物。
[0007]此方法中，所述鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、乙酸鋰中的一種或幾種的混合物。
[0008]此方法中，所述釩源為五氧化二釩、偏釩酸銨中的一種或兩種的混合物。
[0009]此方法中，所述磷源為磷酸、磷酸二氫銨的一種或者兩種的混合物。
[0010]此方法中，所述惰性氣體為氮氣、氬氣的一種或者兩種混合氣體。
[0011]此方法中，(I)將EDTA和堿式鎂化合物按照物質的量之比1:0.05混合均勻后，溶解于80 °C的去離子水中，形成A液；
(2)將鋰源、釩源和磷源按照物質的量之比2:3:3，依次加入至上述A液，電動攪拌8 h后形成B液，其中鋰源與步驟(I)中EDTA的物質量之比為2:3.5 ;
(3)將上述B液進行噴霧干燥，得到顆粒狀黑色前驅體物質；
(4)將上述黑色前驅體物質進行研磨，放入惰性氣體保護下的800°C馬弗爐中煅燒6h，得到鎂摻雜的磷酸釩鋰正極材料。
[0012]此方法中，(I)將EDTA和堿式鎂化合物按照物質的量之比4:1混合均勻后，溶解于80°C的去離子水中，形成A液；
(2)將鋰源、釩源和磷源按照物質的量之比2:3:3，依次加入至上述A液，電動攪拌4 h后形成B液，其中鋰源與步驟(I)中EDTA的物質量之比為2:1;
(3)將上述B液進行噴霧干燥，得到顆粒狀黑色前驅體物質。
[0013](4)將上述黑色前驅體物質進行研磨，放入惰性氣體保護下的650 °C馬弗爐中煅燒12 h，得到鎂摻雜的磷酸釩鋰正極材料。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點效果在于:
(1)EDTA與鎂源、鋰源、釩源以及磷源之間的絡合反應，能有效地將鎂元素引入磷酸礬鋰材料，形成穩(wěn)定的鎂摻雜的磷酸礬鋰前驅體；
(2)EDTA為最終產物提供了足量的碳源，前驅體在高溫燒結后表面包覆有均勻穩(wěn)定的碳材料；
(3)本發(fā)明通過低溫絡合反應與噴霧干燥相結合的方法得到了鎂摻雜的磷酸礬鋰前驅體，與水熱法制備前驅體相比，避免了高溫水熱反應，制備工藝簡單，過程易于控制，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產；
(4)所制備的材料不僅顆粒大小均勻、形貌規(guī)整，而且具有較好的電化學性能；
本發(fā)明通過鎂元素摻雜改性磷酸礬鋰材料，有效地提高磷酸礬鋰的導電能力，使鋰離子具有更高的擴散速率，在正負極之間更為迅速地嵌入和脫出，因此，本方法制得的鎂摻雜磷酸礬鋰正極材料具有較好的電化學性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是實施例1制備的樣品的掃描電鏡圖；
圖2是實施例1制備的樣品的充放電循環(huán)測試圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明:
本發(fā)明如圖1、2所示，一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法，其特征在于以下具體步驟:
(1)將EDTA和堿式鎂化合物按照物質的量之比4: (0.2^1.0)混合均勻后，溶解于熱水中，形成A液；
(2)將鋰源、釩源和磷源按照物質的量之比2:3:3依次加入至上述A液，電動攪拌Γ8h后形成B液，其中鋰源與步驟(I)中EDTA的物質量之比為2:(1.(Γ3.5)；
(3)將上述B液進行噴霧干燥，得到黑色的顆粒狀前驅體； (4)將上述黑色前驅體進行研磨，放入惰性氣體保護下的65(T80(TC馬弗爐中，高溫煅燒6?12 h，即得鎂摻雜的磷酸釩鋰正極材料。
[0017]在本實施例中，所述堿式鎂化合物為碳酸鎂、氫氧化鎂中的一種或兩種的混合物。
[0018]在本實施例中，所述鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、乙酸鋰中的一種或幾種的混合物。
[0019]在本實施例中，所述釩源為五氧化二釩、偏釩酸銨中的一種或兩種的混合物。
[0020]在本實施例中，所述磷源為磷酸、磷酸二氫銨的一種或者兩種的混合物。在本實施例中，所述惰性氣體為氮氣、氬氣的一種或者兩種混合氣體。
[0021]實施例1
鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法:
(I)將EDTA和堿式鎂化合物按照物質的量之比1:0.05混合均勻后，溶解于80 °C左右的去離子水中，形成A液。
[0022](2)將鋰源、釩源和磷源按照物質的量之比2:3:3，依次加入至上述A液，電動攪拌8 h后形成B液，其中η鋰源:n (EDTA) =2:3.5。
[0023](3)將上述B液進行噴霧干燥，得到顆粒狀黑色前驅體物質。
[0024](4)將上述黑色前驅體物質進行充分研磨，放入惰性氣體保護下的800 °C馬弗爐中煅燒6 h，得到鎂摻雜的磷酸釩鋰正極材料。
[0025]對實施例1中的樣品分別進行形貌和電化學性能測試。掃描電鏡結果顯示樣品的顆粒大小均勻，形貌規(guī)整，尺寸在2?15 um之間。以制得的樣品作為鋰離子電池正極材料制作紐扣電池，進行充放電循環(huán)測試。結果顯示:在0.1C電流密度下，電池的首次放電比容量高達170.6 mAh/g,為理論比容量197 mAh/g的86.6%。在經過30次的充放電測試后，電池放電比容量為154.8 mAh/g，容量保持率在90%以上，表現出較好的電化學性能。
[0026]實施例2
鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法:
(I MfEDTA和堿式鎂化合物按照物質的量之比4:1混合均勻后，溶解于80°C左右的去離子水中，形成A液。
[0027](2)將鋰源、釩源和磷源按照物質的量之比2:3:3，依次加入至上述A液，電動攪拌4 h后形成B液，其中η鋰源:n (EDTA) =2:1。
[0028](3)將上述B液進行噴霧干燥，得到顆粒狀黑色前驅體物質。
[0029](4)將上述黑色前驅體物質進行充分研磨，放入惰性氣體保護下的650 °C馬弗爐中煅燒12 h，得到鎂摻雜的磷酸釩鋰正極材料。
[0030]同樣對實施例2的樣品進行掃描電鏡和電化學性能的分析測試，結果顯示，制備出的樣品形貌較為規(guī)整，具有優(yōu)良的電化學性能。
【權利要求】
1.一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法，其特征在于以下具體步驟: (1)將EDTA和堿式鎂化合物按照物質的量之比4:(0.2^1.0)混合均勻后，溶解于熱水中，形成A液； (2)將鋰源、釩源和磷源按照物質的量之比2:3:3依次加入至上述A液，電動攪拌Γ8h后形成B液，其中鋰源與步驟(I)中EDTA的物質量之比為2:(1.(Γ3.5)； (3)將上述B液進行噴霧干燥，得到黑色的顆粒狀前驅體； (4)將上述黑色前驅體進行研磨，放入惰性氣體保護下的65(T80(TC馬弗爐中，高溫煅燒6?12 h，即得鎂摻雜的磷酸釩鋰正極材料。
2.根據權利要求書I中所述一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述堿式鎂化合物為碳酸鎂、氫氧化鎂中的一種或兩種的混合物。
3.根據權利要求書2中所述的一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、乙酸鋰中的一種或幾種的混合物。
4.根據權利要求書3中所述的一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述釩源為五氧化二釩、偏釩酸銨中的一種或兩種的混合物。
5.根據權利要求書4中所述的一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述磷源為磷酸、磷酸二氫銨的一種或者兩種的混合物。
6.根據權利要求書5中所述的一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法，其特征在于:所述惰性氣體為氮氣、氬氣的一種或者兩種混合氣體。
7.根據權利要求書I中所述的一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法，其特征在于以下具體步驟: (1)將EDTA和堿式鎂化合物按照物質的量之比1:0.05混合均勻后，溶解于80 °C的去離子水中，形成A液； (2)將鋰源、釩源和磷源按照物質的量之比2:3:3，依次加入至上述A液，電動攪拌8 h后形成B液，其中鋰源與步驟(I)中EDTA的物質量之比為2:3.5 ; (3)將上述B液進行噴霧干燥，得到顆粒狀黑色前驅體物質； (4)將上述黑色前驅體物質進行研磨，放入惰性氣體保護下的800°C馬弗爐中煅燒6h，得到鎂摻雜的磷酸釩鋰正極材料。
8.根據權利要求書I中所述的一種鎂摻雜磷酸釩鋰正極材料的制備方法，其特征在于: (1)將EDTA和堿式鎂化合物按照物質的量之比4:1混合均勻后，溶解于80°C的去離子水中，形成A液； (2)將鋰源、釩源和磷源按照物質的量之比2:3:3，依次加入至上述A液，電動攪拌4 h后形成B液，其中鋰源與步驟(I)中EDTA的物質量之比為2:1 ； (3)將上述B液進行噴霧干燥，得到顆粒狀黑色前驅體物質； (4)將上述黑色前驅體物質進行研磨，放入惰性氣體保護下的650°C馬弗爐中煅燒12h，得到鎂摻雜的磷酸釩鋰正極材料。
【文檔編號】H01M4/1397GK104319374SQ201410581366
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權日:2014年10月27日
【發(fā)明者】關成善, 宗繼月, 李濤, 梅慶虎, 賈傳龍 申請人:山東精工電子科技有限公司