鋰離子電池正極材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶MoO3鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于：將收集好的甘蔗渣用去離子水清洗，烘干，再將所得甘蔗渣模板放入1-10％的鉬酸銨水溶液中浸漬，甘蔗渣和鉬酸銨水溶液的重量比為1-7∶93-99，待模板完全浸透后取出，并于60℃烘干；再將干燥后的吸附有鉬酸銨的甘蔗渣模板在空氣氣氛中，控制溫度400-600℃，煅燒時(shí)間2-5小時(shí)，得到MoO3鋰離子電池正極粉體材料。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、成本低、環(huán)保性好，制備的晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶MoO3，單晶及擇優(yōu)生長(zhǎng)材料可提高材料的電導(dǎo)性及改善其循環(huán)穩(wěn)定性，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，綠色環(huán)保。
【專利說(shuō)明】晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶MoO3鋰離子電池正極材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶MoO3鋰電離子電池正極材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池由于其容量高、能量密度大、使用安全等優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于便捷式電子設(shè)備、航天、軍工等領(lǐng)域。在鋰離子電池的組成中，電極材料占據(jù)了相當(dāng)重要的位置，所以大量的研究者都對(duì)電極材料做了深入研究，并取得了一定的成果。
[0003]MoO3是過(guò)渡族金屬氧化物中研究較廣的金屬氧化物，它具有多重化學(xué)價(jià)態(tài)，熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)。一般來(lái)說(shuō)，MoO3具有三種不同的晶型:正交α相MoO3,單斜β相MoO3和六方h相MoO3。其中，a-MoO3由于其良好的熱穩(wěn)定性和獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池。因?yàn)檫@種穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)為鋰離子的嵌入和脫嵌提供了有利的條件。MoOJt為鋰離子電池電極正極材料，其理論比容量高達(dá)670mAh/g。但是，MoO3作為鋰電電極材料仍存在低的離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率的問(wèn)題，從而導(dǎo)致其高倍率充放電性能不佳。另外，由于在循環(huán)過(guò)程中鋰離子的嵌入與脫出造成較大的體積膨脹從而導(dǎo)致了其容量的快速衰減。所以大量的研究都致力于提高其倍率性和改善其循環(huán)穩(wěn)定性。ifei等人通過(guò)水熱法制備了鋰化的MoO3納米片，15次循環(huán)之后容量保持率為92%，而未鋰化的MoO3容量保持率僅為 60%(L.Q.Mai, B.Hu, ff.Chen, Y.Y.Qi, C.S.Lao, R.S.Yang, Y.Daij Z.L Wang, Lithiated MoO3 Nanobelts with Greatly Improved Performance forLithium Batteries, Advanced Materials, 19 (2007) 3712-3716)。Varishetty MadhuMohan用水熱法制備了 MoO3/聚苯胺納米片復(fù)合材料，首圈放電比容量為228 mAhg—S而且25 圈循環(huán)后容量只剩余 171 mAhg"1 (V.M.Mohan, W.Chenj K.Murakami, Synthesis,structure and electrochemical properties of polyaniIine/Mo03 nanobelt compositefor lithium battery, Materials Research Bulletin, 48 (2013) 603-608) 0 ReddeppaNadimicherla等人用PVP作為表面活性劑，Mo粉和H2O2水熱制備了 MoO3納米片，50次循環(huán)之后有 56.3% 的容量保持率(Reddeppa Nadimicherlaj Yueli Liuj Keqiang Chen, WenChen.Electrochemical performance of new a -MoO3 nanobelt cathodematerials forrechargeable L1-1on batteries.Solid State Sciences, 34 (2014) 43-48)。
[0004]單晶結(jié)構(gòu)材料具有完整的結(jié)構(gòu)和好的結(jié)晶性，因而有利于提高材料的電導(dǎo)率和鋰離子在其中的擴(kuò)散。例如，Wu等人通過(guò)固相反應(yīng)法制備了單晶LiV3O8納米片，并顯示了良好的電化學(xué)性能(Weizhong Wuj Jie Ding, Hongrui Peng, Guicun L1.Electrochemicalperformance of new a -MoO3 nanobelt cathodematerials for rechargeable L1-1onbatteries.Solid State Sciences, 34 (2014) 43-48)。Hiroaki Uchiyama 通過(guò)沉淀法制備了單晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的SnO電極材料，同樣顯示了良好的電化學(xué)性能(Hiroaki UchiyamajEiji Hosonoj Itaru Honmaj Haoshen Zhou, Hiroaki Ima1.A nanoscale meshedelectrode of single-crystalline SnOfor lithium-1on rechargeable batteries.Electrochemistry Communicat1ns, 10 (2008) 52 - 55)。
[0005]另外，晶體結(jié)構(gòu)中某些晶面優(yōu)先生長(zhǎng)能夠改善電子在基體和電解液之間的傳輸，因此能提1?電導(dǎo)率和材料的循環(huán)性能。例如，Kim等人以瓊脂糖為I旲版在碳化的基底上制備了(111)晶面優(yōu)先生長(zhǎng)的Co3O4負(fù)極材料，成功的改善了其循環(huán)穩(wěn)定性(Gil-Pyo KimjSoomin Park， Inho Namj Junsu Park and Jongheop Y1.Preferential growth ofCo3O4 anode material with improved cyclic stability for lithium-1on batteries.Journal of Materials ChemistryAj I(2013) ,3872)0
[0006]根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)Khemchand Dewangan等人用水熱法制備了單晶非均質(zhì)生長(zhǎng)的MoO3納米纖維，并顯不了較好的電化學(xué)性能(Khemchand Dewanganj Nupur NikkanSinhaj Prashant K.Sharmaj Avinash C.Pandey.N.Munichandraiah and N.S.Gajbhiye Synthesis and characterizat1n of single-crystalline a -Mo03nanofibers forenhanced L1-1on intercalat1n applicat1ns.CrystEngCommj 13 (2011)927 -933)。等人用水熱法成功合成了單晶MoO3納米片，并顯示了良好的電化學(xué)性能(B.Gaoj H.Fan， X.Zhang, Hydrothermal synthesis of single crystal MoO3 nanobeltsand their electrochemical properties as cathode electrode materials forrechargeable lithium batteries, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 73(2012) 423-429)。但是還沒(méi)有用甘蔗渣作為模板制備單晶非均質(zhì)生長(zhǎng)的MoO3的報(bào)道。
[0007]本發(fā)明通過(guò)用農(nóng)業(yè)廢棄物甘蔗渣為植物模板，通過(guò)對(duì)模板的復(fù)制制備了(OkO)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶Mo03。而且制備的MoO3有著較好的電化學(xué)性能。本發(fā)明的制備方法不僅簡(jiǎn)單、低成本，而且還有著綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備簡(jiǎn)便、低成本及環(huán)保的制備晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶MoO3鋰離子電池正極材料的制備方法。
[0009]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶MoO3鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于:
a、將收集好的甘蔗渣用去離子水清洗，烘干，再將所得甘蔗渣模板放入鑰酸銨水溶液中浸潰，待模板完全浸透后取出，并于60°C烘干；
b、再將干燥后的吸附有鑰酸銨的甘蔗渣模板在空氣氣氛中高溫煅燒得到MoO3鋰離子電池正極粉體材料。
[0010]以上所述的鑰酸銨水溶液是由1-10重量份的鑰酸銨與90-99重量份的去離子水組成。
[0011]以上所述的浸潰為甘蔗渣和鑰酸銨水溶液的重量比為1-7: 93-99。
[0012]以上所述的甘蔗渣要求不發(fā)霉不變質(zhì)。
[0013]以上所述的高溫煅燒是控制溫度400_600°C，煅燒時(shí)間2-5小時(shí)。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、成本低、環(huán)保性好，制備的晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶MoO3,單晶及擇優(yōu)生長(zhǎng)材料可提高材料的電導(dǎo)性及改善其循環(huán)穩(wěn)定性，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，綠色環(huán)保。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是采用本發(fā)明制備的MoO3的X射線衍射圖；
圖2為采用本發(fā)明制備的MoO3的SEM圖；
圖3為采用本發(fā)明制備的MoO3的選區(qū)電子衍射圖；
圖4為采用本發(fā)明制備的MoO3的恒流充放電曲線；
圖5為為采用本發(fā)明制備的MoO3的循環(huán)穩(wěn)定性曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的突出特點(diǎn)，僅在于說(shuō)明本發(fā)明而絕不限本發(fā)明。
[0017]實(shí)施例1
取I重量份鑰酸銨水溶液(I重量份鑰酸銨溶解于99重量份去離子水中)，再將99重量份甘蔗渣浸入上述溶液中。待甘蔗渣完全浸透后將其取出，在烘箱中60°C烘干。然后把吸附有鑰酸銨的甘蔗渣在空氣中500°C煅燒3小時(shí)獲得MoO3粉體。圖1為最終產(chǎn)物的XRD圖，從圖中可以看出產(chǎn)物是MoO3 (卡號(hào)為35-0609)，從圖中可看出其(OkO)晶面優(yōu)先生長(zhǎng)。從產(chǎn)物的掃描電鏡相片可以得知MoO3粉體的形貌為帶狀(圖2)，從透射電鏡選區(qū)電子衍射圖(圖3)的衍射斑點(diǎn)可以看出所制備的粉體是具有良好結(jié)晶性的單晶結(jié)構(gòu)材料。
[0018]將制備得到的MoO3粉體裝成的半電池進(jìn)行恒流充放測(cè)試，結(jié)果如圖4所示，可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的電極材料在100mA/g的電流密度下的比容量為302mAh/g，在2000mA/g的電流密度下的比容量為104mAh/g。除此之外，電極有著較好的循環(huán)穩(wěn)定性，在100mA/g的電流密度下100次循環(huán)之后有92%的容量保持率?？勺鳛殇囯x子電池電極材料使用(圖5)。
[0019]實(shí)施例2
取I重量份鑰酸銨水溶液(10重量份鑰酸銨溶解于90重量份去離子水中)，再將99重量份甘蔗渣浸入上述溶液中。待甘蔗渣完全浸透后將其取出，在烘箱中60°C烘干。然后把吸附有鑰酸銨的甘蔗渣在空氣中400°C煅燒5小時(shí)獲得MoO3粉體。XRD測(cè)試表明所得產(chǎn)物也為MoO3 (卡號(hào)為35-0609)。從產(chǎn)物的掃描電鏡相片可以得知MoO3粉體的形貌為帶狀。
[0020]將制備得到的MoO3粉體裝成電池進(jìn)行恒流充放電測(cè)試，可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的粉體在100mA/g的電流密度下的比容量為298mAh/g，在2000mA/g的電流密度下的比容量為90mAh/g，除此之外，在100mA/g的電流密度下100次循環(huán)之后有89%的容量保持率?？勺鳛殇囯x子電池電極材料使用。
[0021]實(shí)施例3
取I重量份鑰酸銨水溶液(3重量份鑰酸銨溶解于97重量份去離子水中)，再將99重量份甘蔗渣浸入上述溶液中。待甘蔗渣完全浸透后將其取出，在烘箱中60°C烘干。然后把吸附有鑰酸銨的甘蔗渣在空氣中600°C煅燒2小時(shí)獲得MoO3粉體。XRD測(cè)試表明所得產(chǎn)物也為MoO3 (卡號(hào)為35-0609)。從產(chǎn)物的掃描電鏡相片可以得知MoO3粉體的形貌為帶狀。
[0022]將制備得到的MoO3粉體裝成電池進(jìn)行恒流充放電測(cè)試，可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的粉體在100mA/g的電流密度下的比容量為278mAh/g，在2000mA/g的電流密度下的比容量為77mAh/g，除此之外，在100mA/g的電流密度下100次循環(huán)之后有84%的容量保持率?？勺鳛殇囯x子電池電極材料使用。
[0023]實(shí)施例4
取7重量份鑰酸銨水溶液(I重量份鑰酸銨溶解于99重量份去離子水中)，再將93重量份甘蔗渣浸入上述溶液中。待甘蔗渣完全浸透后將其取出，在烘箱中60°C烘干。然后把吸附有鑰酸銨的甘蔗渣在空氣中450°C煅燒4小時(shí)獲得MoO3粉體。XRD測(cè)試表明所得產(chǎn)物也為MoO3 (卡號(hào)為N0.35-0609)。從產(chǎn)物的掃描電鏡相片可以得知MoO3粉體的形貌為帶狀。
[0024]將制備得到的MoO3粉體裝成電池進(jìn)行恒流充放電測(cè)試，可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的粉體在100mA/g的電流密度下的比容量為280mAh/g，在2000mA/g的電流密度下的比容量為97mAh/g，除此之外，在100mA/g的電流密度下100次循環(huán)之后有87%的容量保持率?？勺鳛殇囯x子電池電極材料使用。
[0025]實(shí)施例5
取3重量份鑰酸銨水溶液(I重量份鑰酸銨溶解于99重量份去離子水中)，再將97重量份甘蔗渣浸入上述溶液中。待甘蔗渣完全浸透后將其取出，在烘箱中60°C烘干。然后把吸附有鑰酸銨的甘蔗渣在空氣中550°C煅燒3小時(shí)獲得MoO3粉體。XRD測(cè)試表明所得產(chǎn)物也為MoO3 (卡號(hào)為35-0609)。從產(chǎn)物的掃描電鏡相片可以得知MoO3粉體的形貌為帶狀。
[0026]將制備得到的MoO3粉體裝成電池進(jìn)行恒流充放電測(cè)試，可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的粉體在100mA/g的電流密度下的比容量為300mAh/g，在2000mA/g的電流密度下的比容量為90mAh/g，除此之外，在100mA/g的電流密度下100次循環(huán)之后有86%的容量保持率?？勺鳛殇囯x子電池電極材料使用。
[0027]實(shí)施例6
一種晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶MoO3鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于:將收集好的甘蔗渣用去離子水清洗，在烘箱中60°C烘干，再將所得甘蔗渣模板放入5%的鑰酸銨水溶液中浸潰，甘蔗渣和鑰酸銨水溶液的重量比為6: 94，待模板完全浸透后取出，并于60°C烘干；再將干燥后的吸附有鑰酸銨的甘蔗渣模板在空氣氣氛中，控制溫度500°C，煅燒時(shí)間3小時(shí)，得到單晶MoO3鋰離子電池正極粉體材料。
【權(quán)利要求】
1.一種晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶此03鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于: ^將收集好的甘蔗渣用去離子水清洗，烘干，再將所得甘蔗渣模板放入鑰酸銨水溶液中浸潰，待模板完全浸透后取出，并于60烘干； I再將干燥后的吸附有鑰酸銨的甘蔗渣模板在空氣氣氛中高溫煅燒得到1003鋰離子電池正極粉體材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶此03鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于:所述的鑰酸銨水溶液是由1-10重量份的鑰酸銨與90-99重量份的去離子水組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶1003鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于:所述的浸潰為甘蔗渣和鑰酸銨水溶液的重量比為1-7: 93-99。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶1003鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于:所述的甘蔗渣要求不發(fā)霉不變質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶1003鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于:所述的高溫煅燒是控制溫度400-6001，煅燒時(shí)間2-5小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的單晶1003鋰離子電池正極材料的制備方法，其特征在于:將收集好的甘蔗渣用去離子水清洗，在烘箱中601烘干，再將所得甘蔗渣模板放入5%的鑰酸銨水溶液中浸潰，甘蔗渣和鑰酸銨水溶液的重量比為6: 94，待模板完全浸透后取出，并于601烘干；再將干燥后的吸附有鑰酸銨的甘蔗渣模板在空氣氣氛中，控制溫度5001，煅燒時(shí)間3小時(shí)，得到1003鋰離子電池正極粉體材料。
【文檔編號(hào)】H01M4/48GK104466149SQ201410788967
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】顏東亮, 徐華蕊, 朱歸勝, 張歡 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)