CN101378118A - 一种制取锂离子电池脱锂态正极材料的方法 - Google Patents

一种制取锂离子电池脱锂态正极材料的方法 Download PDF

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闫时建
李改兰
田玉明
晋民杰
张敏刚
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Abstract

一种制取锂离子电池脱锂态正极材料的方法，属于锂离子电池材料技术领域，其特征是将强氧化剂与锂离子电池正极材料混合于去离子水中，对混合液进行振动和搅拌，使其进行充分的化学反应，便会有不溶于水的脱锂态正极材料生成，用过滤器将溶于水的其他生成物过滤掉，再用去离子水对不溶于水的脱锂态正极材料进行反复清洗后，在空气中干燥，便获得纯净的脱锂态正极材料。该制取方法的优点是：①可以得到纯净和足够量的脱锂态正极材料，以便深入进行微观结构分析和电极动力学过程机理分析；②锂含量计算方便准确；③使用普通化学反应器具，操作简便，容易控制。

Description

一种制取锂离子电池脱锂态正极材料的方法
技术领域：
本发明属于制备锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种制取锂离子电池脱锂态正极材料的方法。
背景技术：
锂离子电池充放电会引起正极材料锂含量的变化，从而导致正极材料微观结构发生变化，进而对循环性能和抗过充性能产生影响，为了对正极材料的微观结构以及循环性能和抗过充性能进行分析，需要制取各种锂含量的脱锂态正极材料。至今，国内外锂离子电池研究工作者都是对整体锂离子电池在预定的充放电制度下获得已知脱锂量的正极材料，再将锂离子电池拆开，去除与脱锂态正极材料混合在一起的炭黑、粘结剂等，获得脱锂态正极材料。这种制取方法存在以下缺点：①分离过程繁琐，混合物不能通过溶解分离，很难获得足够纯净的脱锂态正极材料；②每个电池中仅含有极少量正极材料，很难获得足够多量的脱锂态正极材料；③对脱锂态正极材料的锂含量计算不够准确。④正极材料粉末颗粒形貌粒度不均匀，充电或放电导致的不同颗粒的锂离子脱出或嵌入的数量比例有差异，即电化学反应不均匀，制取的脱锂态正极材料颗粒之间成分有差异，不利于准确分析微观结构和电化学性能。
发明内容：
本发明目的是提供一种非充电制取锂离子电池脱锂态正极材料的方法，可以有效地克服现有技术存在的缺点。
本发明是这样实现的：是一种采用化学反应制取锂离子电池脱锂态正极材料的方法，其特征在于操作流程是：①将强氧化剂与锂离子电池的正极材料混合于去离子水中；②用振荡搅拌装置对混合液进行振荡和搅拌，使其进行充分的化学反应，得到的生成物有不溶于水的脱锂态正极材料和溶于水的物质，搅拌时间应随锂离子电池的正极材料与强氧化剂种类以及化学反应快慢的不同而不同，以确保化学反应充分进行；③用过滤器将溶于水的生成物过滤掉；④用去离子水对不溶于水的脱锂态正极材料反复清洗；⑤将清洗后的脱锂态正极材料在空气中干燥，便获得纯净的脱锂态正极材料。
本发明的优点及积极效果有：①该制取方法是一种常规的化学反应过程，制取条件要求不高，操作简便，容易控制，可以获得足够多量的脱锂态正极材料，并且根据化学反应式就可以计算得到较为准确的锂含量。②该制取方法的化学反应是在水中进行的，脱锂态正极材料是不溶于水的物质，而其他产物易溶于水，通过过滤和反复用去离子水清洗后可以获得纯净的脱锂态正极材料。③化学反应在水中进行并可以施以长时间连续搅拌，达到化学反应充分地进行。
附图说明：
图1(a)为锂离子电池正极材料LiCoO2的扫描电镜二次电子像。
图1(b)为电子束沿锂离子电池正极材料LiCoO2的[001]晶向入射的电子衍射花样。
图2(a)为制取的锂离子电池脱锂态正极材料Li0.5CoO2的扫描电镜二次电子像。
图2(b)为电子束沿锂离子电池脱锂态正极材料Li0.5CoO2的[001]晶向入射的电子衍射花样。
具体实施方式：
例1、脱锂态的LixCoO2(0<x<1)的制取
LiCoO2是目前应用最广的锂离子电池正极材料。如欲制取10克Li0.5CoO2，根据以下化学反应式：
2LiCoO2+0.5Na2S2O8→2Li0.5CoO2+0.5Na2SO4+0.5Li2SO4     (1)
(式中各物质的分子量：LiCoO2为97.88，Na2S2O8为238.13，Li0.5CoO2为94.3，Na2SO4为142.04，Li2SO4为127.96)
可计算出所需LiCoO2与Na2S2O8的重量分别为10.36克与6.303克。称取6.303克的强氧化剂Na2S2O8与10.36克的锂离子电池正极材料LiCoO2，分散在去离子水中，在磁力振荡仪上连续振荡搅拌48小时，使化学反应充分进行，再将水溶性的生成物Na2SO4和Li2SO4过滤掉，用去离子水反复清洗剩余的不溶于水的生成物，在空气中干燥，即可得到10克纯净的脱锂态正极材料Li0.5CoO2。
根据化学反应式：
2LiCoO2+x Na2S2O8→2Li1-xCoO2+x Na2SO4+x Li2SO4     (2)
可计算出x取不同值时所需Na2S2O8与LiCoO2的重量比，列于下表中：
附图中图1(a)和图2(a)分别为本实施例中脱锂前的LiCoO2与脱锂后的Li0.5CoO2的实物照片。图1(b)和图2(b)所示的电子衍射花样存在显著差别，反映了脱锂造成Li0.5CoO2相对于LiCoO2的晶体结构发生了显著变化。
例2、脱锂态的LixMn2O4(0<x<1)的制取
LiMn2O4由于价格更低、不污染环境而成为有极好应用前景的锂离子电池正极材料。如欲制取10克Li0.5Mn2O4，根据以下化学反应式：
2LiMn2O4+0.5Na2S2O8→2Li0.5Mn2O4+0.5Na2SO4+0.5Li2SO4      (3)(式中各物质的分子量：LiMn2O4为181.10，Na2S2O8为238.13，Li0.5Mn2O4为177.63，Na2SO4为142.04，Li2SO4为127.96)
可计算出所需LiMn2O4与Na2S2O8的重量分别为10.20克与3.351克。按照与例1相同的操作方法，即可得到10克纯净的脱锂态正极材料Li0.5Mn2O4。
根据化学反应式：
2LiMn2O4+x Na2S2O8→2Li1-xMn2O4+x Na2SO4+x Li2SO4       (4)可计算出x取不同值时所需Na2S2O8与LiMn2O4的重量比，列于下表中：
Figure A200810079539D00061

Claims (2)

1.一种制取锂离子电池脱锂态正极材料的方法，它是一种常规化学反应制取法，其特征在于操作流程是：①将强氧化剂与锂离子电池正极材料混合于去离子水中；②用振荡搅拌装置对混合液进行振荡和搅拌，使脱锂反应充分进行，得到的生成物有不溶于水的脱锂态正极材料和溶于水的物质；③用过滤器将溶于水的生成物过滤掉；④用去离子水对不溶于水的脱锂态正极材料进行反复清洗；⑤将清洗后的脱锂态正极材料在空气中干燥，便获得纯净的脱锂态正极材料。
2.根据权利要求1所述的一种制取锂离子电池脱锂态正极材料的方法，其特征是所述的振荡搅拌装置采用的是磁力振荡仪。
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