一种海胆状锂离子电池正极材料的制备方法

摘要

一种海胆状锂离子电池正极材料的制备方法，将NH4VO3均匀溶解在乙二醇和水的溶剂中得到NH4VO3溶液；采用草酸溶液调节NH4VO3溶液的pH然后在超声环境下反应得到A溶液；将A溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，将反应釜设置在均相水热反应中反应得悬浮液；反应结束后自然冷却至室温，分别用水和乙醇交替清洗后真空干燥即得到海胆状锂离子电池正极材料。为了改善NH4V3O8的结构和性能，本发明通过调整水热反应时溶剂的不同种类来合成具有海胆状形貌的锂离子电池正极材料，这种形貌能有效的解决电极活性物质与电解液不能充分接触的问题，有效的提高了与电解液的接触面积，促进了锂离子的快速传输，提高了NH4V3O8的电化学性能。

权利要求

1.一种海胆状锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，将NH4VO3均匀溶解在乙二醇和水的溶剂中，得到NH4+浓度为0.01-0.1mol/L的NH4VO3溶液；

步骤2，采用草酸溶液调节NH4VO3溶液的pH值至2-4，然后在超声环境下反应0.5-2h，得到A溶液；

步骤3，将A溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，将反应釜设置在均相水热反应中，在水热温度为160-200℃下反应4-8h得悬浮液；

步骤4，反应结束后自然冷却至室温，分别用水和乙醇交替清洗后在90-120℃下真空干燥即得到海胆状锂离子电池正极材料。

2.根据权利要求1所述的海胆状锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的乙二醇与水的质量比为1:1，且溶剂温度为30-50℃。

3.根据权利要求1所述的海胆状锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中草酸溶液的浓度为0.2-0.4mol/L。

4.根据权利要求1所述的海胆状锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2超声功率为200-300W。

5.根据权利要求1所述的海胆状锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3反应釜的填充比为50％-70％。

6.根据权利要求1所述的海胆状锂离子电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4的干燥采用电热真空干燥箱。

说明书

一种海胆状锂离子电池正极材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，具体涉及一种海胆状锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

[0002] 人类的发展很大程度上依赖能源的不断更新。当今社会的能源主要来自于石油，煤和天然气等化石燃料，而这些化石燃料的消耗产生的二氧化碳和其它有毒颗粒引起的温室效应和城市污染等问题越来越受到人们的重视，如何更加有效的利用现有能源，寻找绿色环保的新能源和发展新型高效的储能技术是现在科学发展的热点和难点。

[0003] 可循环充放电的二次电池是储能技术的重要组成部分，自从索尼公司首次推出以石墨焦作为负极，以作为正极的商业化锂离子二次电池以来，经过二十多年的不断发展，锂离子电池已经成为继铅酸电池、镍铬电池、镍氧电池之后的一种重要的储能设备，广泛的应用于笔记本电脑，数码相机和手机等移动数码设备，对于电动汽车的发展也就有广阔的前景。与其它二次电池相比，锂离子电池具有比能量高、放电电压高、工作温度范围宽和自放电小等优点，同时对环境污染较小，是一种相对绿色的二次电池，。近年来，锂离子电池已成为城市电动交通工具的主要动力源。开发具有更高能量密度，更好循环性能和安全性能的锂离子电池已成为当今新能源技术研究的重要组成部分。

[0004] 具有层状结构的钒酸铵(如NH4V3O8、NH4V4O10)因其独特的结构，不仅可以作为正极材料用于锂离子电池，还可用于超级电容器、气敏原件及催化领域，具有广阔的研究前景。由于VO3-的水解和缩聚过程与溶液pH值、温度等条件息息相关，制备工艺与合成条件对钒酸铵的结构和电化学性能影响很大。目前通过水浴和水热合成方法主要合成的NH4V3O8材料的形貌主要有纳米带、纳米棒、片状，通过控制反应溶液的pH值、温度、NH4VO3浓度及反应时间，可得到不同结构和电化学性能的NH4V3O8。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种电化学性能好，循环稳定性好，具有合成工艺简单，产物化学组成均一的海胆状锂离子电池正极材料的制备方法，所制备的锂电池的正极材料具有三维网状钒酸铵纳米晶体。

[0006] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0007] 步骤1，将NH4VO3均匀溶解在乙二醇和水的溶剂中，得到NH4+浓度为0.01-0.1mol/L的NH4VO3溶液；

[0008] 步骤2，采用草酸溶液调节NH4VO3溶液的pH值至2-4，然后在超声环境下反应0.5-2h，得到A溶液；

[0009] 步骤3，将A溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，将反应釜设置在均相水热反应中，在水热温度为160-200℃下反应4-8h得悬浮液；

[0010] 步骤4，反应结束后自然冷却至室温，分别用水和乙醇交替清洗后在90-120℃下真空干燥即得到海胆状锂离子电池正极材料。

[0011] 所述步骤1中的乙二醇与水的质量比为1:1，且溶剂温度为30-50℃。

[0012] 所述步骤2中草酸溶液的浓度为0.2-0.4mol/L。

[0013] 所述步骤2超声功率为200-300W。

[0014] 所述步骤3反应釜的填充比为50％-70％。

[0015] 所述步骤4的干燥采用电热真空干燥箱。

[0016] 为了改善NH4V3O8的结构和性能，本发明通过调整水热反应时溶剂的不同种类来合成具有海胆状形貌的锂离子电池正极材料，这种形貌能有效的解决电极活性物质与电解液不能充分接触的问题，有效的提高了与电解液的接触面积，促进了锂离子的快速传输，提高了NH4V3O8的电化学性能。

[0017] 本发明的有益效果是：

[0018] 1、本发明提高了锂离子电池正极材料的导电性，从而提高锂离子电池的高功率特性和快速充放电能力。

[0019] 2、通过在乙二醇与水的溶剂中发生水热反应，通过乙二醇的辅助，来制备具有海胆状特殊形貌的钒酸铵，从而增大了电解液与电极活性材料的接触面积，增多了锂离子脱嵌的活性位点。

[0020] 3、本发明的制备工艺具有简单容易控制，成本低，对环境影响小的特点附图说明

[0021] 图1为本发明实施例1制备的状钒酸铵纳米晶体的XRD图谱；

[0022] 图2为本发明实施例1制备的三维网状钒酸铵纳米晶体的SEM照片；

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

[0024] 实施例1：

[0025] 步骤1，将NH4VO3均匀溶解在温度为30℃的乙二醇和水的溶剂中，其中乙二醇与水的质量比为1:1，得到NH4+浓度为0.01mol/L的NH4VO3溶液；

[0026] 步骤2，采用0.2mol/L的草酸溶液调节NH4VO3溶液的pH值至2，然后在超声功率为200W下超声反应2h，得到A溶液；

[0027] 步骤3，将A溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，填充比为60％，将反应釜设置在均相水热反应中，在水热温度为160℃下反应4h得悬浮液；

[0028] 步骤4，反应结束后自然冷却至室温，分别用水和乙醇交替清洗3次后在90℃下电热真空干燥箱干燥即得到海胆状锂离子电池正极材料。

[0029] 从图1所示的XRD图谱可知，本实施例制得的海胆状NH4V3O8纳米晶体的结晶性好，纯度高，并且没有出现其他的杂相；从图2所示的SEM照片可知，本实施例制备的NH4V3O8纳米晶体具有海胆状的形貌，并且结构较为疏松。

[0030] 实施例2：

[0031] 步骤1，将NH4VO3均匀溶解在温度为45℃的乙二醇和水的溶剂中，其中乙二醇与水的质量比为1:1，得到NH4+浓度为0.08mol/L的NH4VO3溶液；

[0032] 步骤2，采用0.2mol/L的草酸溶液调节NH4VO3溶液的pH值至2，然后在超声功率为300W下超声反应0.5h，得到A溶液；

[0033] 步骤3，将A溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，填充比为70％，将反应釜设置在均相水热反应中，在水热温度为180℃下反应6h得悬浮液；

[0034] 步骤4，反应结束后自然冷却至室温，分别用水和乙醇交替清洗3次后在120℃下电热真空干燥箱干燥即得到海胆状锂离子电池正极材料。

[0035] 实施例3：

[0036] 步骤1，将NH4VO3均匀溶解在温度为40℃的乙二醇和水的溶剂中，其中乙二醇与水的质量比为1:1，得到NH4+浓度为0.05mol/L的NH4VO3溶液；

[0037] 步骤2，采用0.3mol/L的草酸溶液调节NH4VO3溶液的pH值至3，然后在超声功率为260W下超声反应1h，得到A溶液；

[0038] 步骤3，将A溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，填充比为50％，将反应釜设置在均相水热反应中，在水热温度为180℃下反应6h得悬浮液；

[0039] 步骤4，反应结束后自然冷却至室温，分别用水和乙醇交替清洗3次后在100℃下电热真空干燥箱干燥即得到海胆状锂离子电池正极材料。

[0040] 实施例4：

[0041] 步骤1，将NH4VO3均匀溶解在温度为35℃的乙二醇和水的溶剂中，其中乙二醇与水的质量比为1:1，得到NH4+浓度为0.03mol/L的NH4VO3溶液；

[0042] 步骤2，采用0.3mol/L的草酸溶液调节NH4VO3溶液的pH值至4，然后在超声功率为280W下超声反应1h，得到A溶液；

[0043] 步骤3，将A溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，填充比为65％，将反应釜设置在均相水热反应中，在水热温度为200℃下反应6h得悬浮液；

[0044] 步骤4，反应结束后自然冷却至室温，分别用水和乙醇交替清洗3次后在110℃下电热真空干燥箱干燥即得到海胆状锂离子电池正极材料。

[0045] 实施例5：

[0046] 步骤1，将NH4VO3均匀溶解在温度为50℃的乙二醇和水的溶剂中，其中乙二醇与水的质量比为1:1，得到NH4+浓度为0.1mol/L的NH4VO3溶液；

[0047] 步骤2，采用0.4mol/L的草酸溶液调节NH4VO3溶液的pH值至4，然后在超声功率为230W下超声反应1.5h，得到A溶液；

[0048] 步骤3，将A溶液放置在内衬为聚四氯乙烯的反应釜中，填充比为55％，将反应釜设置在均相水热反应中，在水热温度为200℃下反应8h得悬浮液；

[0049] 步骤4，反应结束后自然冷却至室温，分别用水和乙醇交替清洗3次后在90℃下电热真空干燥箱干燥即得到海胆状锂离子电池正极材料。