本发明专利技术涉及一种本发明专利技术属于一种锂离子电池正极材料LiV3-x-yYxZryO8及其制备方法，包括：采用锂源与钒源以及含掺杂元素钇和锆的化合物通过特殊配方和经改进的固相反应制备具有层状结构的锂离子电池正极材料LiV3-x-yYxZryO8，其中0＜x≤0.2，且0＜y≤0.2，固相反应条件为：空气气氛，升温至400～900℃，置于冷空气淬火。所得正极材料拥有大于225mAh/g的放电比容量，且循环性能良好，循环50次后，比容量保持在210mAh/g以上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池材料领域，具体地，本专利技术涉及。
技术介绍
锂离子电池是现在储能领域的重要器件，正极材料又是构成锂离子电池的关键材料。钒酸锂具有充放电比容量高，可逆性好，循环性能好等优点，具有巨大的商业开发潜力。但其也有嵌入和脱出过程复杂、电压平台不明显等缺点，如何改善其稳定性和循环可逆性，成为钒酸锂材料大规模应用的障碍。自 1957 年 Wadsley 等(Crystal chemstry of non-stoimetric pentavalentvanadium oxides: crystal structure of Li1+xV308.Acta Crystallographica, 1957, 10(4):261-267)率先报道了钒酸锂的晶体结构，指出其可用作锂离子电池正极材料。很多研究者对此进行了探索，秦红莲等人(中热固相法制备掺杂钛的钒酸锂正极材料.电源技术，2010，(11):1121-1123)以Li2CO3和V2O5为原料，用中热固相法制备了掺杂Ti4+的锂离子电池正极材料Li1.J3VTiyO8(y=0.05,0.1,0.2)，结果表明，掺杂Ti4+能够很好地改善中热固相法产品的电化学性能，掺杂后样品的X衍射峰的位置没有发生变化，说明掺杂并没有改变样品的结构。专利公开号为CN101348278A的专利“微波法制备钒酸锂的方法”利用微波这种能量制备钒酸锂材料，将原料放入刚玉坩埚中，将坩埚置于装有碳粉的容器内，并盖上表面散附碳粉的盖子，然后再微波下反应30s至5min，即得到产品。该方法具有生产效率高，耗能少。专利公开号为CN101503213A的专利“一种长寿命钒酸锂的低温合成方法”先将含锂和含钒化合物在水中反应0.5 lh，然后120°C下干燥I 24h，100 400°C下进行退火处理0.5 5h得到产品。该方法易于操作，流程简单，易得到计量比的产品，但是比容量衰减较快，100次循环后， 比容量降低15%左右，加入锆粉等改性剂后，100次循环后，比容量仅降低4%左右。专利公开号为CN102299312A的专利“三维多孔钒酸锂正极材料及其制备方法”将LiOH.H2O, NH4VO3和甘氨酸加入去离子水中，混合搅拌后干燥得到前驱体粉末，再在空气中烧结得到产物，该产品首次充放电比容量达218 237mAh/g，50次循环后容量降低18%左右，循环稳定性较差。研究表明，掺杂对材料的性能会产生显著的影响。如任钟祥等人(Preparationand electrochemical properties of Zr—doped LiV3O8Cathode materials forlithium-1on batteries.Journal of Solid State Electrochemistry, 2012, 16:2135-2141)制备的掺杂Zr4+的钒酸锂正极材料LiV3_yZry08，发现当0〈y〈0.08时，材料以固凝胶形式存在，由于Zr4+的离子半径大于V5+，Zr4+离子使得层间作用力增强，因而材料电化学性能和循环稳定性都有所提高，但插入Zr4+使得钒酸锂层间距增大，从而使得材料的阻抗明显降低。如刘永梅等人(Y3+、Γ共掺杂钒酸锂材料的电化学及存放性能研究.材料导报，2011,25(17):304-309)研究表明，掺杂引入的杂质是非电化学活性的，共掺杂样品有更多的锂离子嵌脱位置和更好的循环稳定性。但是，y3+、f_共掺杂能“收缩”晶格，不利于锂离子的扩散，影响材料充放电的倍率性能。因此，开发出充放电比容量和循环性能都良好的钒酸锂正极材料是该领域的技术难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种钒酸锂正极材料，其通过共掺杂钇和锆元素来达到增加充放电比容量和材料循环稳定性的双重目的。所述钒酸锂正极材料为LiV3_x_yYxZryO8,具有层状结构，其中，O < x彡0.2，且O<y ^ 0.2o所述X 可以为 0.001,0.002,0.005,0.01,0.02,0.05,0.09,0.11,0.14,0.16,0.18或0.19等，优选O < X≤0.15，特别优选O < X≤0.1。所述y 可以为 0.001,0.002,0.005,0.01,0.02,0.05,0.09,0.11,0.14,0.16、0.0.18或0.19等，优选O < y ^ 0.15，特别优选O < y≤0.1。特别优选，所述钒酸锂正极材料为LiV3_x_y YxZryO8,其中，0<x≤0.1，且O<y ^ 0.10本专利技术的目的之一还 在于提供一种锂离子电池。所述锂离子电池含有所述钒酸锂正极材料。本专利技术的目的之一还在于提供一种所述钒酸锂正极材料的制备方法，所述方法工艺简单，适合批量化生产，且制备的正极材料为Y3+和Zr4+二元共掺杂材料，其电化学性能和循环稳定性优良。所述钒酸锂正极材料的制备方法包括:按配方量将锂源、钒源、锆源和钇源湿磨，干燥，升温至400 900°C烧结，冷却，得到所述钒酸锂正极材料。优选地，所述钒酸锂正极材料的制备方法包括:按配方量将锂源、钒源、锆源和钇源湿磨，干燥，粉碎，升温至400 900°C烧结，到达烧结温度后冷却，得到所述钒酸锂正极材料。优选地，所述钒酸锂正极材料的制备方法包括:按配方量将锂源、钒源、锆源和钇源湿磨，干燥，压制成型，升温至400 900°C烧结，到达烧结温度后冷却，得到所述钒酸锂正极材料。优选地，所述钒酸锂正极材料的制备方法包括:按配方量将锂源、钒源、锆源和钇源湿磨，干燥，粉碎，压制成型，升温至400 900°C烧结，到达烧结温度后冷却，得到所述钒酸锂正极材料。优选地，所述锂源为磷酸二氢锂、碳酸锂、醋酸锂、甲酸锂、柠檬酸锂、氯化锂、硝酸锂、溴化锂、氢氧化锂、叔丁醇锂、苯甲酸锂、磷酸锂、磷酸氢二锂、草酸锂、硫酸锂中的I种或至少2种的组合，所述组合典型但非限制性的例子有:磷酸二氢锂和碳酸锂的组合，碳酸锂和醋酸锂的组合，氯化锂和硝酸锂的组合，醋酸锂、甲酸锂和柠檬酸锂的组合，氢氧化锂、叔丁醇锂和草酸锂的组合，硝酸锂、溴化锂、氢氧化锂和叔丁醇锂的组合，氢氧化锂、叔丁醇锂、苯甲酸锂和磷酸氢二锂的组合，磷酸锂、磷酸氢二锂、草酸锂和硫酸锂的组合，氢氧化锂、叔丁醇锂、苯甲酸锂、磷酸锂和磷酸氢二锂的组合，氯化锂、溴化锂、氢氧化锂、叔丁醇锂、苯甲酸锂、磷酸锂和磷酸氢二锂的组合，溴化锂、氢氧化锂、叔丁醇锂的组合等，特别优选为氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂或者草酸锂中的I种或至少2种的组合。优选地，所述钒源为碳酸钒、四氯化钒、二氯氧钒、草酸过氧钒、三氧化二钒、三氟化钒、五氧化二钒、二氧化钒或偏钒酸铵中的I种或至少2种的组合，所述组合典型但非限制性的实例包括:碳酸钒和四氯化钒的组合，二氯氧钒和三氟化钒的组合，三氧化二钒、五氧化二钒和二氧化钒的组合，草酸过氧钒、三氧化二钒和三氟化钒的组合，四氯化钒、二氯氧钒、草酸过氧钒、三氧化二钒和三氟化钒的组合，草酸过氧钒、三氧化二钒、三氟化钒、五氧化二钒、二氧化钒和偏钒酸铵的组合等，特别优选为五氧化二钒、二氧化钒或偏钒酸铵中的I种或至少2种的组合。优选地，所述锆本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钒酸锂正极材料，其特征在于，所述钒酸锂正极材料为LiV3?x?yYxZryO8，具有层状结构，其中，0＜x≤0.2，且0＜y≤0.2。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谭强强，王鹏飞，吕宵，徐宇兴，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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