微波自蔓延燃烧制备LiV₃O₈微晶的方法

专利名称：微波自蔓延燃烧制备LiV₃O₈微晶的方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子二次电池正极材料的制备方法，具体涉及一种以微波结合自蔓延燃烧工艺来制备LiV3O8正极材料微晶的方法。
背景技术：
锂离子二次电池具有电压高、比能量大、循环寿命长、放电性能稳定、安全性好、无污染和工作温度范围宽等优点，因此，近年来得到了迅速的发展，并且具有广阔的应用前景。作为锂离子二次电池的关键技术之一，正极材料的研究开发是至关重要的，正极材料电化学性能的提高，将大大改善锂离子电池的性能。1957年，Wadsley提出层状化合物LiV3O8可作为锂离子蓄电池的正极材料。此后， Besenhard等研究发现，层状化合物Li1+xV308不仅具有优良的嵌锂能力，而且具有比容量高、循环寿命长等优点。理论上，Imol的Li1+xV308可以嵌入3mol以上的Li+，这使其具有较高的比容量，一般在300mAh/g以上，锂的扩散系数在10_12 l(T14m7S之间，锂离子在其中较高的化学扩散率使得锂在嵌入和脱出时，正极材料具有很好的结构稳定型，从而具有更长的循环寿命。基于这些特点，Li1+xV308近年来得到了国内外学者的广泛关注和研究，也成为近年来最具发展前景之一的锂电池正极材料。目前制备LiV3O8锂电池正极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]、溶胶凝胶法[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]、微波烧结[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]> 喷雾热角军法[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]。这些方法要么工艺周期长、要么对实验设备要求较高、所制备的材料形貌不太规则和均一、粒径较大且分布不均， 性能相差较大。由于锂电池正极材料的制备工艺对其材料的性能有着非常重要的影响，则寻找合适的方法和工艺，对锂电池正极材料的研究和开发有着重大的意义。

发明内容
本发明目的在于提供一种工艺操作简单、制备时间短、所得粉体化学组成均一、粉体粒径较小且分布均勻的微波自蔓延燃烧制备LiV3O8微晶的方法。
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为达到上述目的，本发明采用的技术方案是1)将分析纯的LiN03、NH4V03与草酸或酒石酸按1.2 3 0.5 3的摩尔比置于研钵中，加入丙酮做研磨剂，研磨1 3小时得料浆；2)将料浆转入烧杯中，放入温度为50 80°C的电热鼓风干燥箱中，蒸干丙酮得固体；3)将固体研磨后造粒压片制成试样，将试样放入小坩埚中，用活性炭将试样掩埋， 置于家用微波炉中，微波炉总功率为900W，调节输出功率为总功率的40% 80%，微波处理10 60分钟后随炉冷却得到最终产物。本发明采用微波结合自蔓延燃烧的方法，微波烧结时间短、加热均勻而高效，可促进化学反应的进行。用这种方法，可以快速制备物相单一的LiV3O8微晶，此制备工艺简单、 对环境友好、反应周期短。


图1为本发明实施例3所制备LiV3O8正极材料的X-射线衍射(XRD)图谱。图2为本发明实施例3所制备LiV3O8正极材料的扫描电镜(SEM)照片。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1 1)将分析纯的LiN03、NH4VO3与草酸按1.2 3 2的摩尔比置于研钵中，加入丙酮做研磨剂，研磨2小时得料浆；2)将料浆转入烧杯中，放入温度为60°C的电热鼓风干燥箱中，蒸干丙酮得固体；3)将固体研磨后造粒压片制成试样，将试样放入小坩埚中，用活性炭将试样掩埋， 置于家用微波炉中，微波炉总功率为900W，调节输出功率为总功率的80%，微波处理10分钟后随炉冷却得到最终产物。实施例2:1)将分析纯的LiN03、NH4VO3与酒石酸按1.2 3 1的摩尔比置于研钵中，加入丙酮做研磨剂，研磨1小时得料浆；2)将料浆转入烧杯中，放入温度为80°C的电热鼓风干燥箱中，蒸干丙酮得固体；3)将固体研磨后造粒压片制成试样，将试样放入小坩埚中，用活性炭将试样掩埋， 置于家用微波炉中，微波炉总功率为900W，调节输出功率为总功率的40%，微波处理60分钟后随炉冷却得到最终产物。实施例3 1)将分析纯的LiN03、NH4VO3与酒石酸按1.2 3 1的摩尔比置于研钵中，加入丙酮做研磨剂，研磨3小时得料浆；2)将料浆转入烧杯中，放入温度为80°C的电热鼓风干燥箱中，蒸干丙酮得固体；3)将固体研磨后造粒压片制成试样，将试样放入小坩埚中，用活性炭将试样掩埋， 置于家用微波炉中，微波炉总功率为900W，调节输出功率为总功率的60%，微波处理20分钟后随炉冷却得到最终产物。
将所得的粉体用日本理学D/maX2000PC X_射线衍射仪进行物相表征(图1)，其 XRD衍射图谱与LiV3O8标准卡片完美对应，说明所得产物为纯相的LiV3O8 ；将此产物用日本电子株式会(JEOL) JSM-6460型扫描电子显微镜进行观察(图2)，从图片可得出所制备的 LiV3O8微晶形貌呈块状，颗粒尺寸分布较宽。实施例4 1)将分析纯的LiN03> NH4VO3与草酸按1. 2 3 0. 5的摩尔比置于研钵中，加入丙酮做研磨剂，研磨1. 5小时得料浆；2)将料浆转入烧杯中，放入温度为50°C的电热鼓风干燥箱中，蒸干丙酮得固体；3)将固体研磨后造粒压片制成试样，将试样放入小坩埚中，用活性炭将试样掩埋， 置于家用微波炉中，微波炉总功率为900W，调节输出功率为总功率的70%，微波处理50分钟后随炉冷却得到最终产物。实施例5:1)将分析纯的LiN03、NH4VO3与草酸按1.2 3 3的摩尔比置于研钵中，加入丙酮做研磨剂，研磨2. 5小时得料浆；2)将料浆转入烧杯中，放入温度为70°C的电热鼓风干燥箱中，蒸干丙酮得固体；3)将固体研磨后造粒压片制成试样，将试样放入小坩埚中，用活性炭将试样掩埋， 置于家用微波炉中，微波炉总功率为900W，调节输出功率为总功率的50%，微波处理30分钟后随炉冷却得到最终产物。
权利要求
1.微波自蔓延燃烧制备LiV3O8微晶的方法，其特征在于1)将分析纯的LiN03、NH4V03与草酸或酒石酸按1.2 3 0. 5 3的摩尔比置于研钵中，加入丙酮做研磨剂，研磨1 3小时得料浆；2)将料浆转入烧杯中，放入温度为50 80°C的电热鼓风干燥箱中，蒸干丙酮得固体；3)将固体研磨后造粒压片制成试样，将试样放入小坩埚中，用活性炭将试样掩埋，置于家用微波炉中，微波炉总功率为900W，调节输出功率为总功率的40% 80%，微波处理 10 60分钟后随炉冷却得到最终产物。
全文摘要
微波自蔓延燃烧制备LiV3O8微晶的方法，将LiNO3、NH4VO3与草酸或酒石酸置于研钵中，加入丙酮做研磨剂研磨得料浆；将料浆转入烧杯中蒸干丙酮得固体；将固体研磨后造粒压片制成试样，将试样放入小坩埚中，用活性炭将试样掩埋，置于家用微波炉中，微波处理后随炉冷却得到最终产物。本发明采用微波结合自蔓延燃烧的方法，微波烧结时间短、加热均匀而高效，可促进化学反应的进行。用这种方法，可以快速制备物相单一的LiV3O8微晶，此制备工艺简单、对环境友好、反应周期短。
文档编号H01M4/485GK102437322SQ20111037494
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者张志清, 曹丽云, 朱佳, 王敦强, 黄剑锋, 齐慧 申请人:陕西科技大学