[發明專利]一種嵌鋰三氧化鉬電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210010810.6
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102694159A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 李繼文;魏世忠;張國賞;徐流杰;馬向東;宮方方;馬琰華;趙晶晶
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發明涉及一種嵌鋰三氧化鉬電極材料的制備方法，屬于鋰電池材料制備技術領域。

背景技術

鋰離子二次電池是20世紀90年代新發展起來的綠色能源，它以高可逆容量、高電壓、高循環性能和高能量密度等優異性能而備受世人青睞，被稱為21世紀的主導電源。鋰離子電池是由兩個能可逆的嵌入與脫嵌的鋰離子的化合物作為正負極構成的二次電池。充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之。因此，需要一個電極在組裝前處于嵌鋰狀態。一般選擇相對而言電位＞3.5V且在空氣中穩定的嵌鋰過渡金屬氧化物作為正極，負極材料則選擇為電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰的化合物，如各種碳材料和金屬氧化物。

由于鋰離子電池工作原理的特殊性，所以其對正極材料的結構有特殊的要求。理想的正極材料應該是層狀結構，鋰層和其它的金屬層之間的相互作用力要盡量的小，使鋰進出其結構時，材料的形變盡可能的小，這樣才可以保證正極材料良好的容量與循環性能。目前正極材料的研究主要集中于三種富鋰的金屬氧化物：LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄。由于Co資源貧乏，價格較高，以LiCoO₂為正極材料的鋰離子電池生產成本較高。LiMn₂O₄材料成本低廉，實際比容量為100-130mAh/g。但是，該材料在高溫(55℃以上)的循環與貯存性能較差，以LiMn₂O₄材料的為正極活性材料的鋰離子電池存在嚴重的自放電現象和可逆容量衰減過快等缺點。LiNiO₂的理論比容量與LiCoO₂的相近，實際可利用容量為140-200mAh/g，但是充電時結構穩定性差，在過充電時會發生分解，釋放出氧氣與大量熱，造成安全隱患，而且合成單相的LiNiO₂工藝上有很大困難。LiFePO₄作為正極材料具有電壓平穩，循環性好，安全性高等優點，但這類材料本征電導率很低，放電性能較差，可逆容量一般小于160mAh/g。過渡金屬氧化物由于能量密度高，用于二次鋰電池具有很大的潛力，目前成為開發鋰電池材料的熱點。

三氧化鉬(MoO₃)的晶體結構屬正交晶系，具有獨特的層狀結構，允許鋰離子可逆嵌入/脫嵌，可以作為鋰離子電池正極材料。其作為鋰離子二次電池正極材料在放電過程中的機理是溶劑中的Li⁺離子嵌入到MoO₃的層狀結構中，發生局部規整反應生成Li_xMoO₃，同時伴有一個電子的嵌入，即三氧化鉬能夠容納大約1.5鋰/鉬。CN101071849A公開了一種鋰化三氧化鉬納米帶電極材料以及制備方法，其制備方法首先采用鉬酸銨溶液進行質子交換樹脂，再經水熱反應得到三氧化鉬納米帶產物，然后向三氧化鉬納米帶中加入鋰鹽進行鋰化，最后在經過水熱反應得到鋰化三氧化鉬電極材料。采用該方法制備電極材料步驟繁瑣、耗時較長，制備的成本較高。

發明內容

本發明的目的是提供一種步驟簡單、制備成本低的嵌鋰三氧化鉬電極材料的制備方法。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：一種嵌鋰三氧化鉬電極材料的制備方法，取鉬酸鋰加去離子水制成鉬酸鋰水溶液，調整溶液的pH為0.5～3.0至出現白色沉淀，然后在170～180℃水熱反應4～40小時，分離、干燥得到嵌鋰三氧化鉬電極材料。

本發明的制備方法中，出于提高反應效率和物料利用效率，采用的鉬酸鋰水溶液濃度盡可能地大，優化選擇為0.4mol/L至飽和濃度；調整溶液pH之前進行超聲處理使溶液溶解、分散的更加充分，避免發生溶液過飽和現象；調整溶液pH值采用的是硝酸，硝酸的濃度不予限制；采用的分離為過濾、洗滌，所采用的洗液為硝酸、無水乙醇和去離子水，硝酸濃度較大可提高洗滌效果和后續洗液用量，優化的選擇為硝酸濃度33％；所述干燥為60℃～65℃下干燥6～8小時。

本發明制備方法所采用的原料鉬酸鋰(Li₂MoO4)，外觀為白色結晶細粉末，易溶于水，難溶于有機溶劑，水溶度44.8，密度2.66g/cm³。由于其晶體結構是非層狀結構，因此目前在鋰電池材料行業還沒有應用，主要用于化工、緩蝕劑、電極材料、金屬陶瓷、電阻器材料、制冷等領域，特別是在制冷行業。由于其具有一定的水溶性，因此是制備三氧化鉬前驅體的優良材料。