專利名稱：一種鋰電池正極材料LiV₃O₈微晶棒的制備方法
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，具體涉及一種以超聲波結(jié)合溶膠凝膠工藝制備鋰電池正極材料LiV3O8微晶棒的方法。
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(diǎn)，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(diǎn)。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(kuò)散系數(shù)在10_12 l(T14m7S之間，鋰離子在其中較高的化學(xué)擴(kuò)散率使得鋰在嵌入和脫出時(shí)，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(diǎn)，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 ofLi1+xV308with different degrees of crystallinity[J]. J. PowerSources,1999,81 82 :448 453]、溶膠凝膠法[Li Liu, Lifang Jiao, YanhuiZhang, Junli Sun, Lin Yang, et al. Synthesis of LiV3Ogby an improvedcitric acid assisted sol-gel method at low temperature[J]. MaterialsChemistry and Physics,2008,111 565 569]、微波燒結(jié)[Gang Yang, Guanffang, and Wenhua Hou. Microwave Solid—State Synthesis of LiV308asCathode Material for Lithium Batteries[J]. J. Phys. Chem. B, 2005,109 :11186 11196]> 噴霧熱角軍法[S. H. Ju, Y. C. Kang. Morphologicaland electrochemical properties of LiV3O8Cathode powders prepared byspray pyrolysis[J].Electrochimica Acta, 2010, 55 :6088 ~ 6092][Hai Yan Xu, Hao Wang, Zhi Qiang Song, et al. Novel chemical methodfor synthesis of LiV308nanords as cathode materials for lithium ionbatteries [J]. Electrochimica Acta, 2004,49 :349 353]。這些方法要么工藝周期長、要么對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求較高、所制備的材料形貌不太規(guī)則和均一、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(duì)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(duì)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、所得粉體化學(xué)組成均一、晶體形貌規(guī)則均一、粉體粒徑較小且分布均勻的鋰電池正極材料LiV3O8微晶棒的制備方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為1)按Li V=I 3的摩爾比取分析純的LiOH^H2O和NH4VO3溶于去離子水中，配制Li+濃度為0. 05 0. 20mol/L的A溶液；2)以酒石酸為絡(luò)合劑，按NH4VO3與酒石酸的摩爾比為1 1 2將酒石酸緩慢溶于A溶液中，攪拌均勻，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為60 80°C的超聲波發(fā)生器中，在攪拌下進(jìn)行超聲波處理，超聲功率為500 800W，超聲時(shí)間為2 4小時(shí)；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為3 6，得到C溶液；5)將C溶液放置在60 80°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱里干燥得到干凝膠；6)將干凝膠磨細(xì)過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在350 550°C下熱處理2 8小時(shí)后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。本發(fā)明采用超聲波結(jié)合溶膠凝膠的方法，超聲波可以使物質(zhì)分散的更均勻，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，用這種方法，可以制備缺陷少、化學(xué)成分均勻，微晶呈棒狀，大小均勻的LiV3O8正極材料。此制備工藝簡單、對(duì)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(shí)施例6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(shí)施例6所制備LiV3O8正極材料的掃描電鏡(SEM)照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1:1)按Li V=I 3的摩爾比取分析純的LiOH^H2O和NH4VO3溶于去離子水中，配制Li+濃度為0. 05mol/L的A溶液；2)以酒石酸為絡(luò)合劑，按NH4VO3與酒石酸的摩爾比為1 2將酒石酸緩慢溶于A溶液中，攪拌均勻，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為60°C的超聲波發(fā)生器中，在攪拌下進(jìn)行超聲波處理，超聲功率為500W，超聲時(shí)間為2小時(shí)；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為6，得到C溶液；5)將C溶液放置在60°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱里干燥得到干凝膠；6)將干凝膠磨細(xì)過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在350°C下熱處理8小時(shí)后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實(shí)施例2 1)按Li V=I 3的摩爾比取分析純的LiOH ·Η20和NH4VO3溶于去離子水中，配制Li+濃度為0. 05mol/L的A溶液；2)以酒石酸為絡(luò)合劑，按NH4VO3與酒石酸的摩爾比為1 1. 5將酒石酸緩慢溶于A溶液中，攪拌均勻，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為70°C的超聲波發(fā)生器中，在攪拌下進(jìn)行超聲波處理，超聲功率為600W，超聲時(shí)間為3小時(shí)；
4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為5，得到C溶液；5)將C溶液放置在80°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱里干燥得到干凝膠；6)將干凝膠磨細(xì)過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在400°C下熱處理4小時(shí)后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實(shí)施例3:1)按Li V=I 3的摩爾比取分析純的LiOH ·Η20和NH4VO3溶于去離子水中， 配制Li+濃度為0. 15mol/L的A溶液；2)以酒石酸為絡(luò)合劑，按NH4VO3與酒石酸的摩爾比為1 1. 5將酒石酸緩慢溶于 A溶液中，攪拌均勻，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為80°C的超聲波發(fā)生器中，在攪拌下進(jìn)行超聲波處理，超聲功率為600W，超聲時(shí)間為4小時(shí)；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為4，得到C溶液；5)將C溶液放置在70°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱里干燥得到干凝膠；6)將干凝膠磨細(xì)過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在450°C下熱處理3小時(shí)后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實(shí)施例4 1)按Li V=I 3的摩爾比取分析純的LiOH ·Η20和NH4VO3溶于去離子水中， 配制Li+濃度為0. 2mol/L的A溶液；2)以酒石酸為絡(luò)合劑，按NH4VO3與酒石酸的摩爾比為1 1將酒石酸緩慢溶于A 溶液中，攪拌均勻，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為70°C的超聲波發(fā)生器中，在攪拌下進(jìn)行超聲波處理，超聲功率為800W，超聲時(shí)間為2. 5小時(shí)；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為4，得到C溶液；5)將C溶液放置在65°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱里干燥得到干凝膠；6)將干凝膠磨細(xì)過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在550°C下熱處理2小時(shí)后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實(shí)施例5 1)按Li V=I 3的摩爾比取分析純的LiOH ·Η20和NH4VO3溶于去離子水中， 配制Li+濃度為0. lmol/L的A溶液；2)以酒石酸為絡(luò)合劑，按NH4VO3與酒石酸的摩爾比為1 1將酒石酸緩慢溶于A 溶液中，攪拌均勻，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為70°C的超聲波發(fā)生器中，在攪拌下進(jìn)行超聲波處理，超聲功率為500W，超聲時(shí)間為2小時(shí)；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為4，得到C溶液；5)將C溶液放置在75°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱里干燥得到干凝膠；6)將干凝膠磨細(xì)過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在400°C下熱處理5小時(shí)后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實(shí)施例6 1)按Li V=I 3的摩爾比取分析純的LiOH^H2O和NH4VO3溶于去離子水中，配制Li+濃度為0. lmol/L的A溶液；2)以酒石酸為絡(luò)合劑，按NH4VO3與酒石酸的摩爾比為1 1將酒石酸緩慢溶于A溶液中，攪拌均勻，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為70°C的超聲波發(fā)生器中，在攪拌下進(jìn)行超聲波處理，超聲功率為600W，超聲時(shí)間為2小時(shí)；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為3，得到C溶液；5)將C溶液放置在80°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱里干燥得到干凝膠；6)將干凝膠磨細(xì)過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在500°C下熱處理3小時(shí)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(jìn)行物相表征(圖1)，其XRD衍射圖譜與LiV3O8標(biāo)準(zhǔn)卡片完美對(duì)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(huì)(JEOL) JSM-6460型掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察(圖2)，從圖片可得出所制備的LiV3O8粉體形貌呈均一的棒狀。
權(quán)利要求
1. 一種鋰電池正極材料LiV3O8微晶棒的制備方法，其特征在于1)按Li V=I 3的摩爾比取分析純的LiOH ·Η20和NH4VO3溶于去離子水中，配制 Li+濃度為0. 05 0. 20mol/L的A溶液；2)以酒石酸為絡(luò)合劑，按NH4VO3與酒石酸的摩爾比為1 1 2將酒石酸緩慢溶于A 溶液中，攪拌均勻，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為60 80°C的超聲波發(fā)生器中，在攪拌下進(jìn)行超聲波處理，超聲功率為500 800W，超聲時(shí)間為2 4小時(shí)；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為3 6，得到C溶液；5)將C溶液放置在60 80°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱里干燥得到干凝膠；6)將干凝膠磨細(xì)過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在350 550°C下熱處理2 8小時(shí)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微晶棒的制備方法，其將LiOH·H2O和NH4VO3溶于去離子水中得A溶液，將酒石酸溶于A溶液中得到B溶液；將B溶液放置在超聲波發(fā)生器超聲處理完后得到C溶液；將C溶液放置干燥得到干凝膠；將干凝膠磨細(xì)后放在坩堝中，于馬弗爐中熱處理后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。本發(fā)明采用超聲波結(jié)合溶膠凝膠的方法，超聲波可以使物質(zhì)分散的更均勻，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，用這種方法，可以制備缺陷少、化學(xué)成分均勻，微晶呈棒狀，大小均勻的LiV3O8正極材料。此制備工藝簡單、對(duì)環(huán)境友好、后期處理溫度低、反應(yīng)周期短。
文檔編號(hào)H01M4/485GK102386387SQ20111037590
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者曹麗云, 王敦強(qiáng), 黃劍鋒 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)