專利名稱：一種鋰電池正極材料LiV₃O₈的超聲水熱制備方法
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，具體涉及一種以超聲波結(jié)合水熱工藝來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LiV3O8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Li1+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。基于這些特點，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 LiV3O8 by an improved citric acid assisted sol-gel method at low temperature[J]. Materials Chemistry and Physics, 2008, 111 565 ~ 569][Gang Yang, 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 LiV3O8 nanords 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制備溫度低、粉體粒徑均勻，工藝操作簡單，且能夠獲得粒徑小且分布均勻的鋰電池正極材料LiV3O8的超聲水熱制備方法。
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NH4VO3溶于去離子水中， 配制成Li+濃度為0. 02 0. 15mol/L的A溶液；2)取與金屬離子物質(zhì)量之和等量的DL-蘋果酸，并將其緩慢溶于磁力攪拌下的A 溶液中，得B溶液；3)將B溶液放置在水溫為50 80°C的超聲波發(fā)生器中，在攪拌下進行超聲波處理，超聲功率為400W 800W，超聲時間為1 3小時；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為4 8得到C溶液；5)將C溶液放置在60 120°C的電熱鼓風干燥箱里蒸干水分得固體；6)將固體磨細后放在坩堝中，再置于馬弗爐中于300 500°C下熱處理6 10小時后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。本發(fā)明采用超聲波結(jié)合水熱的方法，超聲波可以使物質(zhì)分散的更均勻，促進化學(xué)反應(yīng)的進行，用這種方法，可以制備缺陷少、化學(xué)成分均勻，粒徑小且分布均勻的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)明作進一步詳細說明。實施例1:1)按Li V=I 3的摩爾比將分析純的LiOH ·Η20和NH4VO3溶于去離子水中， 配制成Li+濃度為0. 02mol/L的A溶液；2)取與金屬離子物質(zhì)量之和等量的DL-蘋果酸，并將其緩慢溶于磁力攪拌下的A 溶液中，得B溶液；3)將B溶液放置在水溫為50°C的超聲波發(fā)生器中，在攪拌下進行超聲波處理，超聲功率為700W，超聲時間為1小時；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60°C的電熱鼓風干燥箱里蒸干水分得固體；6)將固體磨細后放在坩堝中，再置于馬弗爐中于400°C下熱處理8小時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 ·Η20和NH4VO3溶于去離子水中， 配制成Li+濃度為0. 10mol/L的A溶液；2)取與金屬離子物質(zhì)量之和等量的DL-蘋果酸，并將其緩慢溶于磁力攪拌下的A 溶液中，得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，在攪拌下進行超聲波處理，超聲功率為600W，超聲時間為2小時；
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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100°C的電熱鼓風干燥箱里蒸干水分得固體；6)將固體磨細后放在坩堝中，再置于馬弗爐中于500°C下熱處理6小時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NH4VO3溶于去離子水中， 配制成Li+濃度為0. 05mol/L的A溶液；2)取與金屬離子物質(zhì)量之和等量的DL-蘋果酸，并將其緩慢溶于磁力攪拌下的A 溶液中，得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，在攪拌下進行超聲波處理，超聲功率為800W，超聲時間為3小時；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為6. 8得到C溶液；5)將C溶液放置在80°C的電熱鼓風干燥箱里蒸干水分得固體；6)將固體磨細后放在坩堝中，再置于馬弗爐中于300°C下熱處理10小時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標準卡片完美對應(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微晶形貌呈短棒狀，其顆粒尺寸約為100 300nm。實施例4 1)按Li V=I 3的摩爾比將分析純的LiOH ·Η20和NH4VO3溶于去離子水中， 配制成Li+濃度為0. 15mol/L的A溶液；2)取與金屬離子物質(zhì)量之和等量的DL-蘋果酸，并將其緩慢溶于磁力攪拌下的A 溶液中，得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，在攪拌下進行超聲波處理，超聲功率為400W，超聲時間為3小時；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為7得到C溶液；5)將C溶液放置在120°C的電熱鼓風干燥箱里蒸干水分得固體；6)將固體磨細后放在坩堝中，再置于馬弗爐中于350°C下熱處理9小時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^H2O和NH4VO3溶于去離子水中， 配制成Li+濃度為0. 12mol/L的A溶液；2)取與金屬離子物質(zhì)量之和等量的DL-蘋果酸，并將其緩慢溶于磁力攪拌下的A 溶液中，得B溶液；3)將B溶液放置在水溫為65°C的超聲波發(fā)生器中，在攪拌下進行超聲波處理，超聲功率為500W，超聲時間為2小時；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為8得到C溶液；5)將C溶液放置在90°C的電熱鼓風干燥箱里蒸干水分得固體；
6)將固體磨細后放在坩堝中，再置于馬弗爐中于450°C下熱處理7小時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的超聲水熱制備方法，其特征在于1)按Li V=I 3的摩爾比將分析純的LiOH ·Η20和NH4VO3溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 02 0. 15mol/L的A溶液；2)取與金屬離子物質(zhì)量之和等量的DL-蘋果酸，并將其緩慢溶于磁力攪拌下的A溶液中，得B溶液；3)將B溶液放置在水溫為50 80°C的超聲波發(fā)生器中，在攪拌下進行超聲波處理，超聲功率為400W 800W，超聲時間為1 3小時；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)其pH值為4 8得到C溶液；5)將C溶液放置在60 120°C的電熱鼓風干燥箱里蒸干水分得固體；6)將固體磨細后放在坩堝中，再置于馬弗爐中于300 500°C下熱處理6 10小時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的超聲水熱制備方法，將LiOH·H2O和NH4VO3溶于去離子水中得A溶液；磁力攪拌下向A溶液中加入DL-蘋果酸得B溶液；將B溶液放置在水溫為50～80℃的超聲波發(fā)生器中進行超聲波處理后，冷卻至室溫得到C溶液；將C溶液放置在干燥蒸干水分得固體；將固體磨細后放在坩堝中，置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)合水熱的方法，超聲波可以使物質(zhì)分散的更均勻，促進化學(xué)反應(yīng)的進行，用這種方法，可以制備缺陷少、化學(xué)成分均勻，粒徑小且分布均勻的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C01G31/00GK102509783SQ20111037595
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)