專利名稱：一種鋰電池正極材料LiV₃O₈的微波水熱制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池正極材料的制備方法，具體涉及一種以微波水熱工藝制備鋰電池正極材料LiV3O8的方法。
背景技術(shù)：
鋰離子二次電池具有電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長、放電性能穩(wěn)定、安全性好、無污染和工作溫度范圍寬等優(yōu)點，因此，近年來得到了迅速的發(fā)展，并且具有廣闊的應(yīng)用前景。作為鋰離子二次電池的關(guān)鍵技術(shù)之一，正極材料的研究開發(fā)是至關(guān)重要的，正極材料電化學(xué)性能的提高，將大大改善鋰離子電池的性能。1957年，Wadsley提出層狀化合物L(fēng)iV3O8可作為鋰離子蓄電池的正極材料。此后， Besenhard等研究發(fā)現(xiàn)，層狀化合物L(fēng)i1+xV308不僅具有優(yōu)良的嵌鋰能力，而且具有比容量高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點。理論上，Imol的Li1+xV308可以嵌入3mol以上的Li+，這使其具有較高的比容量，一般在300mAh/g以上，鋰的擴散系數(shù)在10_12 l(T14m7S之間，鋰離子在其中較高的化學(xué)擴散率使得鋰在嵌入和脫出時，正極材料具有很好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型，從而具有更長的循環(huán)壽命?；谶@些特點，Li1+xV308近年來得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究，也成為近年來最具發(fā)展前景之一的鋰電池正極材料。目前制備Li1+xV308鋰電池正極材料的方法主要有固相法[Kawakita J，Kato T， Katayama Y, et al. Lithium insertion behavior of Li1+xV308 with different degrees of crystallinity[J], J. Power Sources，1999，81 82 :448 453]、溶膠凝膠法[Li Liu, Lifang Jiao, Yanhui Zhang, Junli Sun, Lin Yang, et al. Synthesis of LiV3Ogby an improved citric acid assisted sol-gel method at low temperature[J]. Materials Chemistry and Physics, 2008, 111 565 569] > it ^ ^n [GangYang, Guan Wang, and Wenhua Hou. Microwave Solid-State Synthesis of LiV3O8 as Cathode Material for Lithium Batteries [J]. J. Phys. Chem. B，2005，109 :11186 11196]、噴霧熱解法[S. H. Ju, Y. C. Kang. Morphological and electrochemical properties of LiV3O8 cathode powders prepared by spray pyrolysis[J]. Electrochimica Acta,2010, 55 :6088 6092]、/K 熱法[Hai Yan Xu, Hao Wang, Zhi Qiang Song, et al. Novel chemical method for synthesis of LiV308nanords as cathode materials for lithium ion batteries[J]. Electrochimica Acta，2004，49 :349 353]。這些方法要么工藝周期長、要么對實驗設(shè)備要求較高、所制備的材料粒徑較大且分布不均，性能相差較大。由于鋰電池正極材料的制備工藝對其材料的性能有著非常重要的影響，則尋找合適的方法和工藝，對鋰電池正極材料的研究和開發(fā)有著重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種工藝操作簡單、制備溫度低、重復(fù)性好、粉體粒徑小且分布均勻的鋰電池正極材料LiV3O8的微波水熱制備方法。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)按Li V=I 3的摩爾比將分析純的LiOH^H2O和V2O5溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 05 0. 20mol/L的A溶液；2)在磁力攪拌下，向A溶液中逐滴加入lmol/L的氨水直到V2O5完全溶解為止，繼續(xù)攪拌半小時得B溶液；3)將B溶液轉(zhuǎn)入材質(zhì)為聚四氟乙烯的微波消解罐中，控制填充比為50 70%， 密封消解罐，將其放入微波消解儀中，在控溫模式下進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在 140 200°C，反應(yīng)時間為30 120min ；4)反應(yīng)完成后，自然冷卻至室溫，將液體轉(zhuǎn)入燒杯中，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中于 80 120°C下蒸干水分得到固體；5)將固體研磨后放入坩鍋，于馬弗爐中在300 500°C下熱處理4 10小時，熱處理后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。本發(fā)明采用微波水熱法，微波加熱可提高物質(zhì)對能量的吸收和利用率，有利于化學(xué)反應(yīng)合成，用這種方法，可以制備粒徑為亞微米級且分布均勻的LiV3O8微晶，此制備工藝簡單，對環(huán)境友好、后期處理溫度低、反應(yīng)周期短。


圖1為本發(fā)明實施例3所制備LiV3O8正極材料的X-射線衍射(XRD)圖譜。圖2為本發(fā)明實施例3所制備LiV3O8正極材料的場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)照片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。實施例1 1)按Li V=I 3的摩爾比將分析純的LiOH ·Η20和V2O5溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 20mol/L的A溶液；2)在磁力攪拌下，向A溶液中逐滴加入lmol/L的氨水直到V2O5完全溶解為止，繼續(xù)攪拌半小時得B溶液；3)將B溶液轉(zhuǎn)入材質(zhì)為聚四氟乙烯的微波消解罐中，控制填充比為50%，密封消解罐，將其放入微波消解儀中，在控溫模式下進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在180°C，反應(yīng)時間為90min ；4)反應(yīng)完成后，自然冷卻至室溫，將液體轉(zhuǎn)入燒杯中，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中于 100°c下蒸干水分得到固體；5)將固體研磨后放入坩鍋，于馬弗爐中在350°C下熱處理10小時，熱處理后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實施例2 1)按Li V=I 3的摩爾比將分析純的LiOH^H2O和V2O5溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 10mol/L的A溶液；2)在磁力攪拌下，向A溶液中逐滴加入lmol/L的氨水直到V2O5完全溶解為止，繼續(xù)攪拌半小時得B溶液；
3)將B溶液轉(zhuǎn)入材質(zhì)為聚四氟乙烯的微波消解罐中，控制填充比為70%，密封消解罐，將其放入微波消解儀中，在控溫模式下進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在160°C，反應(yīng)時間為60min ；4)反應(yīng)完成后，自然冷卻至室溫，將液體轉(zhuǎn)入燒杯中，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中于 80°C下蒸干水分得到固體；5)將固體研磨后放入坩鍋，于馬弗爐中在500°C下熱處理4小時，熱處理后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實施例3 1)按Li V=I 3的摩爾比將分析純的LiOH ·Η20和V2O5溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 05mol/L的A溶液；2)在磁力攪拌下，向A溶液中逐滴加入lmol/L的氨水直到V2O5完全溶解為止，繼續(xù)攪拌半小時得B溶液；3)將B溶液轉(zhuǎn)入材質(zhì)為聚四氟乙烯的微波消解罐中，控制填充比為60%，密封消解罐，將其放入微波消解儀中，在控溫模式下進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在160°C，反應(yīng)時間為120min ；4)反應(yīng)完成后，自然冷卻至室溫，將液體轉(zhuǎn)入燒杯中，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中于 80°C下蒸干水分得到固體；5)將固體研磨后放入坩鍋，于馬弗爐中在450°C下熱處理6小時，熱處理后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。將所得的粉體用日本理學(xué)D/maX2000PC X_射線衍射儀進行物相表征(圖1)，其 XRD衍射圖譜與LiV3O8標(biāo)準(zhǔn)卡片完美對應(yīng)，說明所得產(chǎn)物為純相的LiV3O8 ；將此產(chǎn)物用日本電子株式會(JEOL) JSM-6460型掃描電子顯微鏡進行觀察(圖2)，從圖片可得出所制備的 LiV3O8粉體形貌呈平板狀，顆粒尺寸約為1 5 μ m。實施例4 1)按Li V=I 3的摩爾比將分析純的LiOH ·Η20和V2O5溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 15mol/L的A溶液；2)在磁力攪拌下，向A溶液中逐滴加入lmol/L的氨水直到V2O5完全溶解為止，繼續(xù)攪拌半小時得B溶液；3)將B溶液轉(zhuǎn)入材質(zhì)為聚四氟乙烯的微波消解罐中，控制填充比為55%，密封消解罐，將其放入微波消解儀中，在控溫模式下進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在140°C，反應(yīng)時間為IOOmin ；4)反應(yīng)完成后，自然冷卻至室溫，將液體轉(zhuǎn)入燒杯中，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中于 120°C下蒸干水分得到固體；5)將固體研磨后放入坩鍋，于馬弗爐中在300°C下熱處理8小時，熱處理后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實施例5:1)按Li V=I 3的摩爾比將分析純的LiOH ·Η20和V2O5溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 18mol/L的A溶液；2)在磁力攪拌下，向A溶液中逐滴加入lmol/L的氨水直到V2O5完全溶解為止，繼續(xù)攪拌半小時得B溶液；3)將B溶液轉(zhuǎn)入材質(zhì)為聚四氟乙烯的微波消解罐中，控制填充比為65 %，密封消解罐，將其放入微波消解儀中，在控溫模式下進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在200°C，反應(yīng)時間為30min ；4)反應(yīng)完成后，自然冷卻至室溫，將液體轉(zhuǎn)入燒杯中，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中于 90°C下蒸干水分得到固體；5)將固體研磨后放入坩鍋，于馬弗爐中在400°C下熱處理7小時，熱處理后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。
權(quán)利要求
1. 一種鋰電池正極材料LiV3O8的微波水熱制備方法，其特征在于1)按Li V=I 3的摩爾比將分析純的LiOH ·Η20和V2O5溶于去離子水中，配制成 Li+濃度為0. 05 0. 20mol/L的A溶液；2)在磁力攪拌下，向A溶液中逐滴加入lmol/L的氨水直到V2O5完全溶解為止，繼續(xù)攪拌半小時得B溶液；3)將B溶液轉(zhuǎn)入材質(zhì)為聚四氟乙烯的微波消解罐中，控制填充比為50 70%，密封消解罐，將其放入微波消解儀中，在控溫模式下進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在140 200°C，反應(yīng)時間為30 120min ；4)反應(yīng)完成后，自然冷卻至室溫，將液體轉(zhuǎn)入燒杯中，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中于80 120°C下蒸干水分得到固體；5)將固體研磨后放入坩鍋，于馬弗爐中在300 500°C下熱處理4 10小時，熱處理后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。
全文摘要
一種鋰電池正極材料LiV3O8的微波水熱制備方法，將LiOH·H2O和V2O5溶于去離子水中得A溶液；在磁力攪拌下向A溶液中逐滴加入氨水得B溶液；將B溶液轉(zhuǎn)入微波消解罐中，密封消解罐，將其放入微波消解儀中進行微波水熱反應(yīng)，反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，將液體轉(zhuǎn)入燒杯中，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中蒸干水分得固體；將固體研磨后放入坩鍋，于馬弗爐中熱處理后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。本發(fā)明采用微波水熱法，微波加熱可提高物質(zhì)對能量的吸收和利用率，有利于化學(xué)反應(yīng)合成，用這種方法，可以制備粒徑為亞微米級且分布均勻的LiV3O8微晶，此制備工藝簡單，對環(huán)境友好、后期處理溫度低、反應(yīng)周期短。
文檔編號H01M4/485GK102509782SQ20111037583
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者劉佳, 張志清, 曹麗云, 朱佳, 王敦強, 黃劍鋒, 齊慧 申請人:陜西科技大學(xué)