專利名稱：一種超聲溶膠凝膠制備鋰電池材料LiV₃O₈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，具體涉及一種以超聲波結(jié)合溶膠凝膠工藝制備鋰電池材料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 degreesof crystallinity[J]· J. PowerSources，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 animproved citric acid assisted sol-gel method at low temperature[J]. MaterialsChemistry and Physics, 2008, 111 565 ~ 569][Gang Yang, Guan Wang, andWenhua Hou. Microwave Solid-State Synthesis of LiV3O8 as Cathode Material forLithium 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 powdersprepared 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 forsynthesis 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工藝操作簡單、制備溫度低、所得粉體組成均一、粉體粒徑小且分布均勻的超聲溶膠凝膠制備鋰電池材料LiV3O8的方法。
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LiNO3和NH4VO3溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 05 0. 4mol/L的A溶液；2)取兩倍于金屬離子物質(zhì)量之和的草酸為絡(luò)合劑，將草酸緩慢溶于A溶液中，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為80 90°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 800W，超聲時間為20 60min ；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)pH值為2. 5 4. 5，得到C溶液；5)將C溶液放置在80 100°C的電熱鼓風干燥箱里蒸干水分得到干凝膠；6)將干凝膠磨細過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在350 500°C下熱處理3 8小時，之后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。本發(fā)明采用超聲波結(jié)合溶膠凝膠的方法，超聲波可以使物質(zhì)分散的更均勻，促進化學反應(yīng)的進行，用這種方法，可以制備缺陷少、化學成分均勻，粒徑小且分布均勻的Li1+xV308粉體，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6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6所制備LiV3O8正極材料的掃描電鏡(SEM)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 = 1 3的摩爾比將分析純的LiNO3和NH4VO3溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 05mol/L的A溶液；2)取兩倍于金屬離子物質(zhì)量之和的草酸為絡(luò)合劑，將草酸緩慢溶于A溶液中，得到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500W，超聲時間為20min ；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)pH值為4，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到干凝膠；6)將干凝膠磨細過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在350°C下熱處理8小時，之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LiNO3和NH4VO3溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 20mol/L的A溶液；2)取兩倍于金屬離子物質(zhì)量之和的草酸為絡(luò)合劑，將草酸緩慢溶于A溶液中，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為90°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30min ；
4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)pH值為2. 5，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到干凝膠；6)將干凝膠磨細過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在400°C下熱處理5小時，之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LiNO3和NH4VO3溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 30mol/L的A溶液；2)取兩倍于金屬離子物質(zhì)量之和的草酸為絡(luò)合劑，將草酸緩慢溶于A溶液中，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為85°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40min ；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)pH值為3. 5，得到C溶液；5)將C溶液放置在95°C的電熱鼓風干燥箱里蒸干水分得到干凝膠；6)將干凝膠磨細過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在500°C下熱處理3小時，之后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實施例4 1)按Li V=I 3的摩爾比將分析純的LiNO3和NH4VO3溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 40mol/L的A溶液；2)取兩倍于金屬離子物質(zhì)量之和的草酸為絡(luò)合劑，將草酸緩慢溶于A溶液中，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為83°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60min ；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)pH值為4. 5，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到干凝膠；6)將干凝膠磨細過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在450°C下熱處理6小時，之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LiNO3和NH4VO3溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 15mol/L的A溶液；2)取兩倍于金屬離子物質(zhì)量之和的草酸為絡(luò)合劑，將草酸緩慢溶于A溶液中，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為88°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30min ；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)pH值為3，得到C溶液；5)將C溶液放置在85°C的電熱鼓風干燥箱里蒸干水分得到干凝膠；6)將干凝膠磨細過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在400°C下熱處理4小時，之后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。實施例6 1)按Li V=I 3的摩爾比將分析純的LiNO3和NH4VO3溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 10mol/L的A溶液；2)取兩倍于金屬離子物質(zhì)量之和的草酸為絡(luò)合劑，將草酸緩慢溶于A溶液中，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為90°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60min ；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)pH值為3，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到干凝膠；6)將干凝膠磨細過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在400°C下熱處理6小時，之后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。將所得的粉體用日本理學D/maX2000PC X_射線衍射儀進行物相表征(圖1)，由圖得出其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粉體；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(圖幻，從圖片可得出所制備的LiV3O8粉體顆粒尺寸較小并且分布均勻。
權(quán)利要求
1. 一種超聲溶膠凝膠制備鋰電池材料LiV3O8的方法，其特征在于1)按Li V = 1 3的摩爾比將分析純的LiNO3和NH4VO3溶于去離子水中，配制成Li+濃度為0. 05 0. 4mol/L的A溶液；2)取兩倍于金屬離子物質(zhì)量之和的草酸為絡(luò)合劑，將草酸緩慢溶于A溶液中，得到B溶液；3)將B溶液放置在水溫為80 90°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 800W，超聲時間為20 60min ；4)超聲處理完后，冷卻至室溫，用氨水調(diào)節(jié)pH值為2.5 4. 5，得到C溶液；5)將C溶液放置在80 100°C的電熱鼓風干燥箱里蒸干水分得到干凝膠；6)將干凝膠磨細過200目篩后放在坩堝中，于馬弗爐中在350 500°C下熱處理3 8小時，之后隨爐冷卻得到最終產(chǎn)物。
全文摘要
一種超聲溶膠凝膠制備鋰電池材料LiV3O8的方法，將分析純的LiNO3和NH4VO3溶于去離子水中得A溶液；將草酸緩慢溶于A溶液中得到B溶液；將B溶液放置在超聲波發(fā)生器中超聲處理完后得到C溶液；將C溶液干燥得到干凝膠；將干凝膠磨細后放在坩堝中，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)合溶膠凝膠的方法，超聲波可以使物質(zhì)分散的更均勻，促進化學反應(yīng)的進行，用這種方法，可以制備缺陷少、化學成分均勻，粒徑小且分布均勻的Li1+xV3O8粉體，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H01M4/485GK102394292SQ20111037549
公開日2012年3月28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)明者曹麗云, 王敦強, 黃劍鋒 申請人:陜西科技大學