CN104953116B - 一种制备LiYO2电池材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备LiYO2电池材料的方法。包括：将锂源、钇源在二次水和乙醇混合构成的溶剂中按一定的物质的量比例混合，然后将混合物在烘箱中烘干，将得到的产物在一定温度范围内高温煅烧，冷却至室温，研磨后得到LiYO2粉末电池材料。本发明工艺简单易行，不产生对环境污染的气体，制备出的LiYO2材料具备一定的充放电性能，循环性能稳定，是一种具有应用前景的锂离子电池材料，具有潜在的商业价值。

Description

一种制备LiYO2电池材料的方法
技术领域
本发明涉及一种电池电极材料的制备方法，特别是一种制备LiYO2电池材料的方法，属于能源材料技术领域。
背景技术
锂离子电池因其能量密度高、使用寿命长被誉为目前最有前途的电动车辆能源装置，但是目前锂离子电池大多使用碳作为电池的负极材料，而该材料难以满足电动车辆对高功率密度和高安全性能的要求。近年来，有关钛酸锂、金属氧化物如氧化铁、氧化锡等作为锂离子电池负极材料的研究已有很多报道。研究发现钛酸锂的放电平台较高（1.5V vs.Li+/Li），且容量有限，而金属氧化物普遍存在循环过程中容量衰减较快等不足。因此开发新的负极材料仍是目前锂离子电池领域重要的研究内容之一。LiYO2 (钇酸锂)电池材料理论放电比容量为209mAhg-1, 是一种潜在的锂离子电池材料。现有技术中，未见其制备以及作为电池材料使用的研究报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备LiYO2电池材料的方法，所制备的LiYO2具有相对稳定的充放电性能，是一种潜在的储能材料和锂离子二次电池电极材料。
具体的说，本发明提供的一种制备LiYO2电池材料的方法，主要包括以下步骤：
（1）原料预混
将锂源、钇源按物质的量比（0.2~1.9）：（0.1~1.8）在由乙醇和去离子水按体积比V乙醇：V水=（2~6）：（1~5）混合构成的混合溶剂中进行混合，搅拌0.5~3 h，得到混合物；
（2）烘干
将所得混合物在鼓风干燥箱中在温度60～220℃下烘干，时间1～6 h，得到前驱体；
（3）研磨压片
所得前驱体在玛瑙研钵中充分研磨后，在压片机中压片；
（4）高温煅烧
将片状的前驱体置于坩埚中，在马弗炉内于温度400~1100℃下煅烧4~12h，之后，随马弗炉一同冷却至室温，得到成品。
本发明中，锂源选自碳酸锂、磷酸氢锂、磷酸二氢锂、氢氧化锂、乙酸锂、磷酸锂、氯化锂中的一种或几种；钇源选自硝酸钇、氧化钇、乙酸钇其中的一种或几种。
本发明中，一般选用乙酸锂为锂源、氧化钇为钇源；以二次水和乙醇构成的混合溶剂为溶剂。
本发明制备的LiYO2虽然容量较低，但具有良好的循环性，说明锂离子在其中的电化学脱嵌过程具有一定的可逆性，因此可用作锂离子二次电池电极材料。
本发明取得的有益效果如下：
整个制备过程工序简单，不需要氧气、还原性气体以及惰性气体的保护，生产设备投资低；所制备出的LiYO2材料具有类似于锂离子二次电池材料的电化学性能且循环性能稳定，可作为一种潜在的锂离子电池材料使用，特别适用于小型锂电池以及其他合适的储电储能领域。
附图说明
图1为实施例1制备的LiYO2的X射线衍射(XRD)图。
图2为实施例1制备的LiYO2的扫描电镜(SEM)图。
图3为实施例1制备的LiYO2在100mAg-1电流密度下的充放电曲线。
图4为实施例1制备的LiYO2在100mAg-1电流密度下放电比容量与放电次数的关系图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明。
实施例1
称量0.350g LiAc2H2O、0.323g Y2O3溶于20mL去离子水和30mL乙醇组成的混合溶剂中，搅拌1h。混合产物置于鼓风干燥箱中，150℃下干燥。干燥3小时得到前驱体，前驱体在玛瑙研钵中充分研磨后，在压片机中压片，马弗炉中于800℃恒温煅烧10h，自然降至室温。产物经研磨后得到LiYO2粉末。图1 是该产品的X射线衍射谱图，由图可知，衍射峰强度较高，说明该产品的结晶度较好，该谱图可与LiYO2的标准卡（00-024-0671）相匹配，说明该产物是LiYO2。图2是该产品的电子显微镜（SEM）照片，可见产物是由直径在1μm以上的不规则颗粒构成，粒径虽然较大但粒度分布比较均匀。
称取0.2g制得的LiYO2粉末，加入0.025g乙炔黑和0.025g溶于N-N'二
甲基吡咯烷酮的聚偏氟乙烯（PVDF）粘结剂，混合均匀后涂于铜箔上制成电极片。在氮气气氛保护的干燥手套箱中，以金属锂片为对电极，Celgard2400为隔膜，以溶于混合溶剂（混合溶剂由碳酸乙烯酯（EC）、碳酸乙烯甲酯（EMC）和乙酸乙酯（EA）按体积比为2:5:11构成）的1mol·L-1 LiClO4为电解质溶液，组装成电池。在0V到3V电压范围内，对电池进行充放电循环测试。
附图3为100mAg-1电流密度下电池的充放电曲线。由图3可见，放电曲线
由2.0到1.0V以及1.0V 到0V两部分倾斜的放电曲线构成，而充电曲线则由一大约在0.25V的平台和其后的斜线构成。该放电曲线虽然未出现较长的放电平台，但首次放电比容量可达32.58 mAhg-1。且该电池在100mAg-1电流密度下充放电循环15圈后，如附图4所示，容量未见明显衰减，说明该电池材料具有较好的循环稳定性。
实施例2
称量0.200g Li2CO3、0.510gY2O3溶于30mL去离子水和40mL乙醇构成的混
合溶剂中，搅拌1.5h。将混合物置于鼓风干燥箱中，80℃下干燥。干燥5小时后得到前驱体。前驱体在玛瑙研钵中充分研磨后，在压片机中压片，马弗炉中于500℃恒温煅烧7h，自然降至室温。产物经研磨后得到LiYO2粉末。所得LiYO2材料在2.3-0.01V内的首次放电比容量达35.90 mAhg-1。在50 mAg-1电流密度下充放电，经20次循环后电池容量没有明显衰减。
实施例3
称量0.400g LiAc2H2O、0.570gY2O3溶于35mL去离子水和45mL乙醇构成的的混合溶剂中，搅拌1.2 h。混合产物置于鼓风干燥箱中，90℃下干燥。干燥5.5小时后得到前驱体，前驱体在玛瑙研钵中充分研磨后，在压片机中压片，马弗炉中于650℃恒温煅烧9h，自然降至室温。经研磨得到LiYO2粉末。该材料在2.3-0.01V内首次放电比容量为37.80 mAhg-1。在60mAg-1电流密度下充放电30次后容量没有明显衰减。
实施例4
称量0.245g LiOHH2O、0.450g Y2O3溶于32mL去离子水和45mL乙醇构成的的混合溶剂中，搅拌1.4h。将得到的混合物置于鼓风干燥箱中，于110℃下干燥。干燥3.8小时后得到前驱体，前驱体在玛瑙研钵中充分研磨后，在压片机中压片，马弗炉中于670℃恒温煅烧8.7h，自然冷却至室温。产物经研磨后得到LiYO2粉末。该材料在2.4-0.04V电压范围内的首次放电比容量为36.30 mAhg-1，在55 mAg-1电流密度下充放电21次后，容量没有明显衰减。
实施例5
称量0.375g LiAc2H2O、1.200gY(NO3)36H2O溶于25mL去离子水和50mL乙醇构成的混合溶剂中，搅拌2h。将得到混合产物置于鼓风干燥箱中，于110℃下干燥4.3小时后得到前驱体。前驱体在玛瑙研钵中充分研磨后，在压片机中压片，马弗炉中于720℃下恒温煅烧9.5h，自然冷却至室温。研磨后得到LiYO2粉末。该材料在2.6-0.2V电压范围内的首次放电比容量为38.50 mAhg-1，在70mAg-1电流密度下充放电18次后，容量没有明显衰减。
实施例6
称量0.160g Li2CO3、1.100g Y(NO3)36H2O溶于47mL去离子水和60mL乙醇构成的混合溶剂中，搅拌2.7h。将得到混合产物置于鼓风干燥箱中，于135℃下干燥。干燥3.5小时后得到前驱体。前驱体在玛瑙研钵中充分研磨后，在压片机中压片，马弗炉中于950℃恒温煅烧4h，自然冷却至室温。经研磨后得到LiYO2粉末。该材料在2.6-0.3V电压范围内的首次放电比容量为39.50 mAhg-1，在70 mAg-1电流密度下充放电30次后，容量没有明显衰减。

Claims (2)

1.一种制备LiYO2电池材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）原料预混
将锂源、钇源按物质的量比（0.2~1.9）：（0.1~1.8）在由乙醇和去离子水按体积比V乙醇：V水=（2~6）：（1~5）混合成的混合溶剂中进行混合，搅拌0.5~3 h，得到混合物；
（2）烘干
将所得混合物在鼓风干燥箱中在温度60～220℃下烘干，时间1～6 h，得到前驱体；
（3）研磨压片
所得前驱体在玛瑙研钵中充分研磨后，在压片机中压片；
（4）高温煅烧
将片状的前驱体置于坩埚中，在马弗炉内于温度400~1100℃下煅烧4~12h，之后，随马弗炉一同冷却至室温，得到成品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：锂源选自碳酸锂、磷酸氢锂、磷酸二氢锂、氢氧化锂、乙酸锂、磷酸锂、氯化锂其中的一种或几种；钇源选自硝酸钇、氧化钇、乙酸钇其中的一种或几种。
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