本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高功率充放電鋰離子電池正極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有高放電電壓、高容量、無記憶效應(yīng)、體積小和優(yōu)良的循環(huán)性等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦、電子儀表等眾多民用及軍事領(lǐng)域，其中正極材料是影響電池成本和性能的主要因素之一。目前使用的正極材料主要是氧化鈷鋰、氧化鎳鋰、氧化錳鋰、磷酸亞鐵鋰及其改性品種，但都存在一些問題，如氧化鈷鋰、氧化鎳鋰循環(huán)性能和安全性能差，磷酸亞鐵鋰電子導(dǎo)電性差，大電流性能不理想。因此，開發(fā)一種能量密度高、導(dǎo)電性好、循環(huán)性好、安全性好的正極材料成為了鋰離子電池行業(yè)的關(guān)鍵問題。用于電動(dòng)汽車的鋰離子電池需要高功率、大存儲容量，其使用安全性和高功率更為關(guān)鍵，被視為目前阻礙其大規(guī)模應(yīng)用的主要技術(shù)瓶頸。
本發(fā)明提供的li2fe2(moo4)3正極材料具有比磷酸亞鐵鋰更高的安全性，同時(shí)材料導(dǎo)電性好，適于用于電動(dòng)汽車等高功率輸出的領(lǐng)域。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有鋰離子電池正極材料存在的安全性能差、大電流性能不理想等問題，提供一種高功率、高安全性并且適用于電動(dòng)汽車行業(yè)的鋰離子正極材料及其制備方法。具體技術(shù)方案如下：
一種高功率充放電鋰離子電池正極材料，其成分為高活性的鉬酸亞鐵鋰li2fe2(moo4)3。
上述高功率充放電鋰離子電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：(a)將硝酸鐵水溶液和鉬酸鈉水溶液按比例混合，調(diào)節(jié)混合溶液的ph至酸性，加熱進(jìn)行水熱反應(yīng)，分離得到fe2(moo4)3粉體；(b)將fe2(moo4)3粉體研細(xì)后分散到含有l(wèi)ii的有機(jī)溶液中，回流反應(yīng)后分離得到高活性的li2fe2(moo4)3電池正極材料。
上述方案中，硝酸鐵水溶液和鉬酸鈉水溶液混合時(shí)，鉬酸鈉與硝酸鐵的摩爾比為3:2。
上述方案中，硝酸鐵水溶液和鉬酸鈉水溶液的濃度均為0.1-1mol/l。
上述方案中，調(diào)節(jié)混合溶液的ph至0.8-1.5。
上述方案中，水熱反應(yīng)的溫度為160-200℃，水熱反應(yīng)時(shí)間為4-24h，水熱反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)抽濾、洗滌、干燥得fe2(moo4)3粉體，所述干燥溫度為80-120℃。
上述方案中，含有l(wèi)ii的有機(jī)溶液具體為lii的乙腈或二甲基甲酰胺(dmf)溶液，其中l(wèi)ii的濃度為0.2-5mol/l，回流前溶液中鋰離子含量是fe2(moo4)3物質(zhì)量的5-10倍。
上述方案中，回流反應(yīng)時(shí)間為6-24h，回流反應(yīng)完成后過濾、洗滌、干燥得高活性li2fe2(moo4)3電極正極材料，所述干燥溫度為80-120℃。
采用本發(fā)明方法制得的高活性li2fe2(moo4)3電極鋰離子正極材料的主要技術(shù)指標(biāo)如下：
1.電極材料理論容量為94mah/g，實(shí)際容量可達(dá)85mah/g；
2.工作電壓范圍為2.5—3.5v；
3.工作溫度：-20℃-180℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：提供了一種新的高活性li2fe2(moo4)3鋰離子電池正極材料，采用這種正極材料制作的鋰離子電池具有安全性高、充放電功率大等優(yōu)點(diǎn)，可用于大功率、大容量要求的電動(dòng)汽車。
具體實(shí)施方式
為使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，所列舉的實(shí)施例并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1
高功率充放電鋰離子電池正極材料li2fe2(moo4)3的制備方法，具體如下：
1)稱量404g的fe(no3)3·9h2o(1mol)加入1l去離子水配制成1mol/l的溶液，稱量363g(1.5mol)na2moo4·2h2o加入1.5l去離子水配制成1mol/l的水溶液。將兩種溶液混合并攪拌均勻，其中鉬酸鈉和硝酸鐵的摩爾數(shù)比為3:2，調(diào)節(jié)溶液ph至0.8。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至200℃，保溫反應(yīng)4小時(shí)。水熱反應(yīng)完成后，將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾并多次洗滌后，在80℃低溫干燥，得到鉬酸鐵粉體，粉體晶粒尺寸0.5-10微米。
2)將133g碘化鋰溶于1l乙腈溶劑中，得到1mol/l溶液。稱取20g1)中得到的鉬酸鐵粉體精細(xì)研磨成細(xì)粉狀，然后將其分散在上述乙腈溶液中，加熱回流24h后過濾分離出li2fe2(moo4)3，在80℃低溫干燥得到高活性的li2fe2(moo4)3電極材料。
以制備的li2fe2(moo4)3材料為活性物質(zhì)，乙炔黑為導(dǎo)電劑，聚四氟乙烯(ptfe)為粘結(jié)劑，將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按質(zhì)量比85：10：5混合均勻制成薄片電極。以此薄片電極作為正極片，負(fù)極為金屬鋰片，隔膜采用多孔的聚丙烯隔膜，電解液為1mlipf6的ec+mec+dmc溶液，各組分的體積比為1：1：1，組裝成模擬電池進(jìn)行測試。電池電壓3.2v，電池正極容量可達(dá)80mah/g，電池充放電循環(huán)500次，容量變化小于90％。
實(shí)施例2
高功率充放電鋰離子電池正極材料li2fe2(moo4)3的制備方法，具體如下：
1)稱量40.4g的fe(no3)3·9h2o(0.1mol)加入1l去離子水配制成0.1mol/l的溶液，稱量36.3g(0.15mol)na2moo4·2h2o加入1.5l去離子水配制成0.1mol/l的水溶液。將兩種溶液混合并攪拌均勻，其中鉬酸鈉和硝酸鐵的摩爾數(shù)比為3:2，調(diào)節(jié)溶液ph至1.5。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至160℃，保溫反應(yīng)24小時(shí)。水熱反應(yīng)完成后，將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾并多次洗滌后，在100℃低溫干燥，得到鉬酸鐵粉體，粉體晶粒尺寸0.5-5微米。
2)將133g碘化鋰溶于500ml乙腈中，得到2mol/l溶液，稱取118.2g1)中得到的鉬酸鐵粉體精細(xì)研磨成細(xì)粉狀，然后將其分散在上述乙腈溶液中，加熱回流6h后過濾分離出li2fe2(moo4)3，在120℃干燥得到高活性的li2fe2(moo4)3電極材料。
以制備的li2fe2(moo4)3材料為活性物質(zhì)，乙炔黑為導(dǎo)電劑，聚四氟乙烯(ptfe)為粘結(jié)劑，將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按質(zhì)量比85：10：5混合均勻制成薄片電極。以此薄片電極作為正極片，負(fù)極為金屬鋰片，隔膜采用多孔的聚丙烯隔膜，電解液為1mlipf6的ec+mec+dmc溶液，各組分的體積比為1：1：1，組裝成模擬電池進(jìn)行測試。電池電壓3.2v，電池正極容量可達(dá)80mah/g，電池充放電循環(huán)500次，容量變化小于90％。
實(shí)施例3
高功率充放電鋰離子電池正極材料li2fe2(moo4)3的制備方法，具體如下：
1)稱量40.4g的fe(no3)3·9h2o(0.1mol)加入0.5l去離子水配制成0.2mol/l的溶液，稱量36.3g(0.15mol)na2moo4·2h2o加入1l去離子水配制成0.15mol/l的水溶液。將兩種溶液混合并攪拌均勻，其中鉬酸鈉和硝酸鐵的摩爾數(shù)比為3:2，調(diào)節(jié)溶液ph至1。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至180℃，保溫反應(yīng)12小時(shí)。水熱反應(yīng)完成后，將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾并多次洗滌后，在100℃低溫干燥，得到鉬酸鐵粉體，粉體晶粒尺寸0.5-10微米。
2)將133g碘化鋰溶于5l乙腈中，得到0.2mol/l溶液，稱取100g1)中得到的鉬酸鐵粉體精細(xì)研磨成細(xì)粉狀，然后將其分散在上述乙腈溶液中，加熱回流12h后過濾分離出li2fe2(moo4)3，在100℃干燥得到高活性的li2fe2(moo4)3電極材料。
以制備的li2fe2(moo4)3材料為活性物質(zhì)，乙炔黑為導(dǎo)電劑，聚四氟乙烯(ptfe)為粘結(jié)劑，將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按質(zhì)量比85：10：5混合均勻制成薄片電極。以此薄片電極作為正極片，負(fù)極為金屬鋰片，隔膜采用多孔的聚丙烯隔膜，電解液為1mlipf6的ec+mec+dmc溶液，各組分的體積比為1：1：1，組裝成模擬電池進(jìn)行測試。電池電壓3.2v，電池正極容量容量可達(dá)80mah/g，電池充放電循環(huán)500次，容量變化小于90％。
實(shí)施例4
高功率充放電鋰離子電池正極材料li2fe2(moo4)3的制備方法，具體如下：
1)稱量404g的fe(no3)3·9h2o(1mol)加入2l去離子水配制成0.5mol/l的溶液，稱量363g(1.5mol)na2moo4·2h2o加入3l去離子水配制成0.5mol/l的水溶液。將兩種溶液混合并攪拌均勻，其中鉬酸鈉和硝酸鐵的摩爾數(shù)比為3:2，調(diào)節(jié)溶液ph至1.5。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至180℃，保溫反應(yīng)6小時(shí)。水熱反應(yīng)完成后，將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾并多次洗滌后，在120℃低溫干燥，得到鉬酸鐵粉體，粉體晶粒尺寸0.5-10微米。
2)將133g碘化鋰溶于200ml乙腈中，得到飽和碘化鋰溶液。稱取100g1)中得到的鉬酸鐵粉體精細(xì)研磨成細(xì)粉狀，然后將其分散在上述乙腈溶液中，加熱回流24h后過濾分離出li2fe2(moo4)3，在100℃干燥得到高活性的li2fe2(moo4)3電極材料。
以制備的li2fe2(moo4)3材料為活性物質(zhì)，乙炔黑為導(dǎo)電劑，聚四氟乙烯(ptfe)為粘結(jié)劑，將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按質(zhì)量比85：10：5混合均勻制成薄片電極。以此薄片電極作為正極片，負(fù)極為金屬鋰片，隔膜采用多孔的聚丙烯隔膜，電解液為1mlipf6的ec+mec+dmc溶液，各組分的體積比為1：1：1，組裝成模擬電池進(jìn)行測試。電池電壓3.2v，電池正極容量容量可達(dá)80mah/g，電池充放電循環(huán)500次，容量變化小于90％。
實(shí)施例5
高功率充放電鋰離子電池正極材料li2fe2(moo4)3的制備方法，具體如下：
1)稱量404g的fe(no3)3·9h2o(1mol)加入2l去離子水配制成0.5mol/l的溶液，稱量363g(1.5mol)na2moo4·2h2o加入3l去離子水配制成0.5mol/l的水溶液。將兩種溶液混合并攪拌均勻，其中鉬酸鈉和硝酸鐵的摩爾數(shù)比為3:2，調(diào)節(jié)溶液ph至1。將混合溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，逐步升溫至180℃，保溫反應(yīng)6小時(shí)。水熱反應(yīng)完成后，將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾并多次洗滌后，在120℃低溫干燥，得到鉬酸鐵粉體，粉體晶粒尺寸0.5-10微米。
2)將133g碘化鋰溶于1ldmf中，得到1mol/l的碘化鋰溶液。稱取100g1)中得到的鉬酸鐵粉體精細(xì)研磨成細(xì)粉狀，然后將其分散在上述dmf溶液中，加熱回流6h后過濾分離出li2fe2(moo4)3，乙醇洗滌后，在100℃干燥得到高活性的li2fe2(moo4)3電極材料。
以制備的li2fe2(moo4)3材料為活性物質(zhì)，乙炔黑為導(dǎo)電劑，聚四氟乙烯(ptfe)為粘結(jié)劑，將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑按質(zhì)量比85：10：5混合均勻制成薄片電極。以此薄片電極作為正極片，負(fù)極為金屬鋰片，隔膜采用多孔的聚丙烯隔膜，電解液為1mlipf6的ec+mec+dmc溶液，各組分的體積比為1：1：1，組裝成模擬電池進(jìn)行測試。電池電壓3.2v，電池正極容量容量可達(dá)80mah/g，電池充放電循環(huán)500次，容量變化小于90％。