一種納米棒狀鉬酸鐵的鋰離子電池電極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種簡(jiǎn)單的一步水熱法合成鉬酸鐵的鋰離子電池電極材料的制備方法，其制備過(guò)程包括有水熱合成法和機(jī)械分散法。具體地說(shuō)，就是通過(guò)水熱法合成鉬酸鐵、機(jī)械分散制備電極材料漿液，再通過(guò)真空干燥箱干燥得到鉬酸鐵的電極材料。本發(fā)明屬于鋰離子電池材料制備和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]二次鋰離子電池作為最迅速增長(zhǎng)的能源儲(chǔ)存系統(tǒng)，已被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備和混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛。然而，目前的商用鋰離子電池，其性能達(dá)不到人們對(duì)高能量和功率密度的追求。且隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，尋求一種環(huán)保無(wú)污染、原料廉價(jià)易得的鋰電池材料具有深刻意義。與商業(yè)石墨相比，過(guò)渡金屬氧化物具有更高的質(zhì)量和體積比容量，例如，F(xiàn)e203、Mo03的理論比容量分別為1007、1116 mAh/g。但幾乎所有的過(guò)渡金屬氧化物在與鋰的反應(yīng)過(guò)程中都表現(xiàn)出導(dǎo)電率差和體積變化大的缺陷，這嚴(yán)重影響了電極材料的循環(huán)性能和倍率性能。為了限制這一弊端，一般采用與碳材料如碳納米管或石墨稀結(jié)合制備復(fù)合電極材料，或者研制納米級(jí)的電極材料。近來(lái)，三元金屬氧化物表現(xiàn)出比二元氧化物更優(yōu)異的儲(chǔ)鋰性能，其把兩種不同的金屬引入同一基質(zhì)。正因?yàn)槠溆薪饘僭睾途w結(jié)構(gòu)多樣性的優(yōu)點(diǎn)，使得三元金屬氧化物變得更有發(fā)展?jié)摿Α?br>[0003]關(guān)于三元金屬氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究較多。Christie T.Cherian等通過(guò)熱解金屬前驅(qū)體溶液的聚合物集體制備了 CoMo04亞微米結(jié)構(gòu)，該單體在100 mA/g 電流密度下可逆容量達(dá)到 990 mAh/g (ACS Appl.Mater.1nterfaces 2013, 5,918-923.) o類(lèi)似地，Yao等用水熱法制備了顆粒尺寸為3_5 nm的CoMo04顆粒生長(zhǎng)在還原氧化石墨烯片上的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在電流密度為74 mA/g的下，能夠有920 mAh/g的高比容量(ACSAppl.Mater.1nterfaces 2014, 6, 20414 - 20422.)。Jan Haetge 等通過(guò)利用無(wú)機(jī)鹽前體聚合物模板制備帶有均勻直徑19 nm的介孔β _MgMo04薄膜電極材料，100圈后可逆容量仍然穩(wěn)定在162 mAh/g (Small.2013，10.1002.)。另外，我國(guó)鉬資源產(chǎn)量居世界第二位，利用資源優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)研究新型的鉬酸鹽材料，推動(dòng)其在各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，將具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。水熱法由于能耗低、原料易得、污染少等優(yōu)點(diǎn)，一直被人們認(rèn)為是合成無(wú)機(jī)粉體材料的有效方法。總之，利用一種操作簡(jiǎn)易的方法尋求一種相對(duì)比容量高、儲(chǔ)鋰性能好的電極材料是設(shè)計(jì)鋰離子電池的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種納米棒狀鉬酸鐵的鋰離子電池電極材料的制備方法。
[0005]本發(fā)明是以氯化鐵、鉬酸銨為原料，通過(guò)水熱法合成納米棒狀鉬酸鐵晶體；機(jī)械分散制備電極漿液；最后真空干燥后獲得鋰離子電池電極材料。經(jīng)過(guò)電化學(xué)測(cè)試可知該新型鉬酸鐵電極材料，比容量相對(duì)較高，儲(chǔ)鋰性能良好。另外，該鉬酸鐵材料具有合成原料廉價(jià)易得、制備方法簡(jiǎn)單、環(huán)保無(wú)污染、材料獨(dú)特新穎，具有一定商業(yè)化實(shí)際應(yīng)用的潛力。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]本發(fā)明一種納米棒狀鉬酸鐵的鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于具有如下的過(guò)程和步驟:
a.水熱法合成納米棒狀鉬酸鐵晶體:稱(chēng)取0.05-0.1 g氯化鐵固體于12.5-25 mL去離子水中，攪拌0.5-1 h ;再加入0.05-0.1 g鉬酸銨繼續(xù)攪拌0.5-1 h ;滴加入10-20滴稀鹽酸調(diào)節(jié)pH至酸性；將混合物轉(zhuǎn)移至水熱釜中，于150-180 °C下反應(yīng)6-12 h ;離心水洗至中性，干燥過(guò)夜得到產(chǎn)物；
b.鉬酸鐵/導(dǎo)電碳漿料的制備:分別稱(chēng)取0.01g的上述鉬酸鐵產(chǎn)物、0.00125 g導(dǎo)電碳乙炔黑至塑料離心管中；加入0.05 g的膠黏劑聚偏氟乙烯，用高速內(nèi)旋式打漿機(jī)分散漿液，每次一分鐘重復(fù)5-10次，得到均一的鉬酸鐵/導(dǎo)電碳的黑色膠狀漿料；其中電極材料與膠黏劑的比例為8:1 - 9:1 ；
c.鉬酸鐵鋰離子電池電極材料的制備:將上述漿料均勻的涂布在事先處理好的金屬銅集流體上，置于真空烘箱中干燥，溫度設(shè)置范圍是60-80 °C，干燥時(shí)間20-24 h ;最終得到鉬酸鐵的鋰離子電池電極材料。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明的鉬酸鐵晶體的X射線(xiàn)衍射(XRD)圖譜。
[0009]圖2為本發(fā)明的鉬酸鐵晶體的掃描電鏡(SEM)照片。
[0010]圖3為本發(fā)明的鉬酸鐵晶體的小電流(0.1 C)充放電的循環(huán)性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ] 現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。
[0012]實(shí)施例1
稱(chēng)取0.05 g氯化鐵固體分散在12.5 mL去離子水中，攪拌0.5 h;再加入0.05 g鉬酸銨繼續(xù)攪拌0.5 h ;滴加入10滴稀鹽酸調(diào)節(jié)pH至1.5 ;將混合物轉(zhuǎn)移至水熱釜中，于180 V下反應(yīng)6 h ;自然冷卻至室溫后，用去離子水離心洗滌至中性，干燥過(guò)夜得到產(chǎn)物。
[0013]分別稱(chēng)取0.01 g的上述鉬酸鐵產(chǎn)物、0.00125 g導(dǎo)電碳乙炔黑至塑料離心管中；加入0.05 g的膠黏劑聚偏氟乙烯，用高速內(nèi)旋式打漿機(jī)分散漿液，每次一分鐘重復(fù)6次，得到均一的鉬酸鐵/導(dǎo)電碳的黑色膠狀漿料。
[0014]將上述漿料均勻的涂布在事先處理好的金屬銅集流體上，置于真空烘箱中干燥，溫度設(shè)置為80 °C，干燥時(shí)間為20 h;最終得到鉬酸鐵的鋰離子電池電極材料。
[0015]電池的組裝及其測(cè)試
把上述制備好的待測(cè)電極放入自制不銹鋼電池模具中測(cè)試。以高純鋰片作為正極，以本發(fā)明電極材料作為負(fù)極，聚丙烯多孔膜(Celgard 2400)為隔膜，電解液為1 mol/L六氟磷酸鋰LiPF6與碳酸亞乙酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)(重量比為1:1)的混合溶液。電池的組裝在充滿(mǎn)高純氬氣的手套箱中進(jìn)行。測(cè)試電流密度為0.1 C，其中1 C等于1000 mA/g,測(cè)試電壓范圍為0.005-3 Vo
[0016]附圖1所示:經(jīng)分析得知產(chǎn)物是結(jié)晶度較高的鉬酸鐵材料，所得衍射峰與鉬酸鐵(PDF 31-0642)相匹配。附圖2為其SEM照片:可以看出鉬酸鐵呈現(xiàn)均勻分布的納米棒狀。從圖3可看出，電池在小電流充放循環(huán)50圈內(nèi)比容量在~400-1200 mAh/g范圍內(nèi)?？梢?jiàn)該材料具有很高的儲(chǔ)鋰容量，如果循環(huán)性能通過(guò)碳負(fù)載等改善，具有一定商業(yè)化的潛力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米棒狀鉬酸鐵的鋰離子電池電極材料的制備方法，其特征在于具有如下的過(guò)程和步驟: a.水熱法合成納米棒狀鉬酸鐵晶體:稱(chēng)取0.05-0.1 g氯化鐵固體于12.5-25 mL去離子水中，攪拌0.5-1 h ;再加入0.05-0.1 g鉬酸銨繼續(xù)攪拌0.5-1 h ;滴加入10-20滴稀鹽酸調(diào)節(jié)pH至酸性；將混合物轉(zhuǎn)移至水熱釜中，于150-180 °C下反應(yīng)6-12 h ;離心水洗至中性，干燥過(guò)夜得到產(chǎn)物； b.鉬酸鐵/導(dǎo)電碳漿料的制備:分別稱(chēng)取0.01g的上述鉬酸鐵產(chǎn)物、0.00125 g導(dǎo)電碳乙炔黑至塑料離心管中；加入0.05 g的膠黏劑聚偏氟乙烯；用高速內(nèi)旋式打漿機(jī)分散漿液，每次一分鐘，重復(fù)5-10次，得到均一的鉬酸鐵/導(dǎo)電碳的黑色膠狀漿料；其中電極材料與膠黏劑的比例為8:1 - 9:1 ； c.鉬酸鐵鋰離子電池電極材料的制備:將上述漿料均勻的涂布在事先處理好的金屬銅集流體上，置于真空烘箱中干燥，溫度設(shè)置范圍是60-80 °C，干燥時(shí)間20-24 h ;最終得到鉬酸鐵的鋰離子電池電極材料。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種納米棒狀鉬酸鐵的鋰離子電池電極材料的制備方法。該方法是以氯化鐵和鉬酸銨為原料、水為溶劑，用鹽酸調(diào)節(jié)介質(zhì)至酸性，一步水熱法合成鉬酸鐵納米棒；機(jī)械分散制備電極漿液；最后真空干燥后獲得電極材料。經(jīng)電化學(xué)性能測(cè)試可知該新型納米結(jié)構(gòu)電極材料的比容量較高，儲(chǔ)鋰性能較好。同時(shí)，本發(fā)明涉及所用的原料價(jià)廉易得，制備步驟簡(jiǎn)單，得到的產(chǎn)物在新能源鋰離子電池電極材料中有一定應(yīng)用潛力。
【IPC分類(lèi)】B82Y30/00, C01G49/00, H01M10/0525, H01M4/58, B82Y40/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105261755
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510569458
【發(fā)明人】王勇, 管寶琴, 龐慧聰, 戴若凌, 沙峰, 曲冬雪
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年9月9日