專利名稱：微波自蔓延燃燒制備LiV₃O₈微晶的方法
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，具體涉及一種以微波結(jié)合自蔓延燃燒工藝來制備LiV3O8正極材料微晶的方法。
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LiV3O8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工藝操作簡單、制備時(shí)間短、所得粉體化學(xué)組成均一、粉體粒徑較小且分布均勻的微波自蔓延燃燒制備LiV3O8微晶的方法。
3
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)將分析純的LiN03、NH4V03與草酸或酒石酸按1.2 3 0.5 3的摩爾比置于研缽中，加入丙酮做研磨劑，研磨1 3小時(shí)得料漿；2)將料漿轉(zhuǎn)入燒杯中，放入溫度為50 80°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中，蒸干丙酮得固體；3)將固體研磨后造粒壓片制成試樣，將試樣放入小坩堝中，用活性炭將試樣掩埋， 置于家用微波爐中，微波爐總功率為900W，調(diào)節(jié)輸出功率為總功率的40% 80%，微波處理10 60分鐘后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。本發(fā)明采用微波結(jié)合自蔓延燃燒的方法，微波燒結(jié)時(shí)間短、加熱均勻而高效，可促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。用這種方法，可以快速制備物相單一的LiV3O8微晶，此制備工藝簡單、 對環(huán)境友好、反應(yīng)周期短。


圖1為本發(fā)明實(shí)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(shí)施例3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)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 1)將分析純的LiN03、NH4VO3與草酸按1.2 3 2的摩爾比置于研缽中，加入丙酮做研磨劑，研磨2小時(shí)得料漿；2)將料漿轉(zhuǎn)入燒杯中，放入溫度為60°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中，蒸干丙酮得固體；3)將固體研磨后造粒壓片制成試樣，將試樣放入小坩堝中，用活性炭將試樣掩埋， 置于家用微波爐中，微波爐總功率為900W，調(diào)節(jié)輸出功率為總功率的80%，微波處理10分鐘后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實(shí)施例2:1)將分析純的LiN03、NH4VO3與酒石酸按1.2 3 1的摩爾比置于研缽中，加入丙酮做研磨劑，研磨1小時(shí)得料漿；2)將料漿轉(zhuǎn)入燒杯中，放入溫度為80°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中，蒸干丙酮得固體；3)將固體研磨后造粒壓片制成試樣，將試樣放入小坩堝中，用活性炭將試樣掩埋， 置于家用微波爐中，微波爐總功率為900W，調(diào)節(jié)輸出功率為總功率的40%，微波處理60分鐘后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實(shí)施例3 1)將分析純的LiN03、NH4VO3與酒石酸按1.2 3 1的摩爾比置于研缽中，加入丙酮做研磨劑，研磨3小時(shí)得料漿；2)將料漿轉(zhuǎn)入燒杯中，放入溫度為80°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中，蒸干丙酮得固體；3)將固體研磨后造粒壓片制成試樣，將試樣放入小坩堝中，用活性炭將試樣掩埋， 置于家用微波爐中，微波爐總功率為900W，調(diào)節(jié)輸出功率為總功率的60%，微波處理20分鐘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(jìn)行觀察(圖2)，從圖片可得出所制備的 LiV3O8微晶形貌呈塊狀，顆粒尺寸分布較寬。實(shí)施例4 1)將分析純的LiN03> NH4VO3與草酸按1. 2 3 0. 5的摩爾比置于研缽中，加入丙酮做研磨劑，研磨1. 5小時(shí)得料漿；2)將料漿轉(zhuǎn)入燒杯中，放入溫度為50°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中，蒸干丙酮得固體；3)將固體研磨后造粒壓片制成試樣，將試樣放入小坩堝中，用活性炭將試樣掩埋， 置于家用微波爐中，微波爐總功率為900W，調(diào)節(jié)輸出功率為總功率的70%，微波處理50分鐘后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實(shí)施例5:1)將分析純的LiN03、NH4VO3與草酸按1.2 3 3的摩爾比置于研缽中，加入丙酮做研磨劑，研磨2. 5小時(shí)得料漿；2)將料漿轉(zhuǎn)入燒杯中，放入溫度為70°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中，蒸干丙酮得固體；3)將固體研磨后造粒壓片制成試樣，將試樣放入小坩堝中，用活性炭將試樣掩埋， 置于家用微波爐中，微波爐總功率為900W，調(diào)節(jié)輸出功率為總功率的50%，微波處理30分鐘后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。
權(quán)利要求
1.微波自蔓延燃燒制備LiV3O8微晶的方法，其特征在于1)將分析純的LiN03、NH4V03與草酸或酒石酸按1.2 3 0. 5 3的摩爾比置于研缽中，加入丙酮做研磨劑，研磨1 3小時(shí)得料漿；2)將料漿轉(zhuǎn)入燒杯中，放入溫度為50 80°C的電熱鼓風(fēng)干燥箱中，蒸干丙酮得固體；3)將固體研磨后造粒壓片制成試樣，將試樣放入小坩堝中，用活性炭將試樣掩埋，置于家用微波爐中，微波爐總功率為900W，調(diào)節(jié)輸出功率為總功率的40% 80%，微波處理 10 60分鐘后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。
全文摘要
微波自蔓延燃燒制備LiV3O8微晶的方法，將LiNO3、NH4VO3與草酸或酒石酸置于研缽中，加入丙酮做研磨劑研磨得料漿；將料漿轉(zhuǎn)入燒杯中蒸干丙酮得固體；將固體研磨后造粒壓片制成試樣，將試樣放入小坩堝中，用活性炭將試樣掩埋，置于家用微波爐中，微波處理后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。本發(fā)明采用微波結(jié)合自蔓延燃燒的方法，微波燒結(jié)時(shí)間短、加熱均勻而高效，可促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。用這種方法，可以快速制備物相單一的LiV3O8微晶，此制備工藝簡單、對環(huán)境友好、反應(yīng)周期短。
文檔編號H01M4/485GK102437322SQ20111037494
公開日2012年5月2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)明者張志清, 曹麗云, 朱佳, 王敦強(qiáng), 黃劍鋒, 齊慧 申請人:陜西科技大學(xué)