CN109659504A - Cu2PO4OH在锂离子电池正极中的应用 - Google Patents

Cu2PO4OH在锂离子电池正极中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109659504A
CN109659504A CN201710935248.0A CN201710935248A CN109659504A CN 109659504 A CN109659504 A CN 109659504A CN 201710935248 A CN201710935248 A CN 201710935248A CN 109659504 A CN109659504 A CN 109659504A
Authority
CN
China
Prior art keywords
application according
lithium ion
phosphate
quality
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710935248.0A
Other languages
English (en)
Inventor
张华民
程意
冯凯
李先锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to CN201710935248.0A priority Critical patent/CN109659504A/zh
Publication of CN109659504A publication Critical patent/CN109659504A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明涉及一种Cu2PO4OH在锂离子电池正极中的应用。本发明中Cu2PO4OH作为锂离子电池正极材料用，具有非常高的放电比容量(550mAh/g)以及较好的循环可逆性。

Description

Cu2PO4OH在锂离子电池正极中的应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种电极材料在锂离子电池中的应用。
背景技术
锂离子电池具有比能量高、自放电系数小、循环寿命长、重量轻和环境友好等优点，成为电动汽车和混合动力汽车电源的有力竞争者。常见的动力锂离子正极材料有尖晶石锰酸锂，钴酸锂和磷酸铁锂等。这一类材料在充放电过程中发生的是锂的脱出和嵌入反应，受材料结构的影响，一般要求每摩尔的金属离子只能发生小于或等于1摩尔的锂离子嵌入，在很大程度上限制了这类正极材料的能量密度的提高。与嵌入式材料相比，转化型正极材料在充放电过程中没有结构上的限制,可以发生多电子转移,可实现很高的储锂容量，因此成为研究热点。但是这类材料一般存在稳定性差等问题不能满足实际应用。如何开发出既具有高比容量又具有良好稳定性的正极材料迫在眉睫。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种放电容量高、能量密度高的锂离子正极材料。
本发明具体技术方案如下：
Cu2PO4OH作为正极活性材料在锂离子电池中的应用。
所述锂离子电池正极材料为碳纳米管担载的Cu2PO4OH，碳纳米管的质量为Cu2PO4OH的质量的10％-50％。
所述正极材料的制备过程如下：
(1)将铜盐和磷酸盐按产物化学计量比加入去离子水中，待盐完全溶解形成透明溶液后，将其转移到反应釜中，在120-200℃的恒温条件下反应10-48h；
(2)将步骤(1)中所得的产物用去离子水洗涤过滤，然后置于烘箱中烘干；
(3)为了提高其导电性，将烘干的样品与碳纳米管进行球磨混合，得到最终产物。
所述步骤(1)所述铜盐为Cu(NO3)2、CuCl2、CuSO4其中的一种或两种以上；所述磷源为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、磷酸钠中的一种或二种以上。步骤(1)中水热反应的温度为100-200℃；步骤(3)中碳纳米管的质量为Cu2PO4OH的质量的10％-50％。球磨转速500-1000r/min，球磨时间为2-12h。
本发明具有如下优点：
由于Cu2PO4OH没有可供锂脱嵌的通道，所以为转化型材料。作为锂离子电池正极材料用，其初次比容量为430mAh/g，和导电性较好的CNT复合后其比容量得到进一步的提高，高达500mAh/g，远远高于现有的大部分锂离子电池正极材料的比容量。另外该材料在制备方法上易操作，无需高温煅烧，成本低，而且效果明显，具有工业化前景。
附图说明
图1为实施例1的XRD谱图；
图2为实施例1和实施例2的初次充放电曲线对比图。
具体实施方式
实施例1
将0.02mol的CuCl2和0.01mol的NH4H2PO4溶解于装有去离子水的烧杯中，搅拌至呈澄清蓝色溶液，然后转移到聚四氟乙烯内衬中，在恒温120℃条件下水热反应24h。将水热反应产物用去离子水洗涤3-5次，置于烘箱中烘干得到纯的最终产物Cu2PO4OH。
实施例2
将0.02mol的CuCl2和0.01mol的NH4H2PO4溶解于装有去离子水的烧杯中，搅拌至呈澄清蓝色溶液，然后转移到聚四氟乙烯内衬中，在恒温120℃条件下水热反应24h。将水热反应产物用去离子水洗涤3-5次，置于烘箱中烘干。为了提高Cu2PO4OH的导电性，最后将其与相对其20％.wt的CNT球磨10h，得到导电性较好的Cu2PO4OH/CNT复合物。
实施例3
将0.02mol的Cu(NO3)2与0.01mol的(NH4)2HPO4溶解于装有去离子水的烧杯中，搅拌至呈澄清蓝色溶液，然后转移到聚四氟乙烯内衬中，在恒温120℃条件下水热反应24h。将水热反应产物用去离子水洗涤3-5次，置于烘箱中烘干。为了提高Cu2PO4OH，最后将其与相对其20％.wt的CNT一起球磨10h，得到导电性较好的Cu2PO4OH/CNT复合物。
将实施例所得材料，按照Cu2PO4OH或者Cu2PO4OH/CNT复合物、导电炭黑、粘结剂三者的质量比为7:2:1溶于适量N-甲基吡咯烷酮中混合均匀，用湿膜制备器涂布成厚度为0.08mm的电极膜，真空烘干后用切片机切成直径为12mm的电极片，称重并计算活性物质的质量。同时以锂片作为正极，以Celgard 2500作为隔膜，1mol/L的LiPF6的EC+DMC(体积比为1:1)的溶液为电解液，在充满氩气的手套箱中装成纽扣电池。然后将装配的电池进行电化学测试，在1.5-4.5V恒流条件下测试。
从图1可以看出，通过简单的水热法合成出的样品的XRD谱图与Cu2PO4OH的标准谱图相吻合，说明合成的样品较纯。从图2可以看出作为锂离子电池正极材料用，Cu2PO4OH具有电化学活性，其初次放电比容量为430mAh/g。担载CNT后，Cu2PO4OH的电化学性能得到进一步的提高，放电比容量高达550mAh/g。

Claims (7)

1.Cu2PO4OH在锂离子电池正极中的应用。
2.按照权利要求1所述的应用，其特征在于：所述Cu2PO4OH化合物作为活性材料应用于锂离子电池正极中。
3.根据权利要求1或2所述的应用，所述锂离子电池正极材料为碳纳米管担载的Cu2PO4OH，碳纳米管的质量为Cu2PO4OH质量的10％-50％。
4.根据权利要求1-3任一所述的应用，所述Cu2PO4OH采用水热反应法制备，制备过程如下：
(1)将铜盐和磷酸盐按Cu：P为2：1的摩尔比加入去离子水中，搅拌待盐完全溶解形成透明溶液后，将其转移到反应釜中，在120-200℃的恒温条件下反应10-48h；
(2)将步骤(1)中所得的产物用去离子水洗涤过滤，置于烘箱中烘干得到Cu2PO4OH化合物。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述正极材料为将Cu2PO4OH化合物与碳纳米管进行球磨混合得到；球磨转速500-1000r/min，球磨时间为2-12h。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：步骤(1)所述铜盐为Cu(NO3)2、CuCl2、CuSO4中的一种或两种以上；所述磷源为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸钾、磷酸钠中的一种或二种以上。
7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：碳纳米管的质量为Cu2PO4OH的质量的10％-50％。
CN201710935248.0A 2017-10-10 2017-10-10 Cu2PO4OH在锂离子电池正极中的应用 Pending CN109659504A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710935248.0A CN109659504A (zh) 2017-10-10 2017-10-10 Cu2PO4OH在锂离子电池正极中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710935248.0A CN109659504A (zh) 2017-10-10 2017-10-10 Cu2PO4OH在锂离子电池正极中的应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109659504A true CN109659504A (zh) 2019-04-19

Family

ID=66108595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710935248.0A Pending CN109659504A (zh) 2017-10-10 2017-10-10 Cu2PO4OH在锂离子电池正极中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109659504A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102931383A (zh) * 2012-10-11 2013-02-13 广东工业大学 一种锂离子动力电池复合正极材料的制备方法
CN103145172A (zh) * 2013-04-03 2013-06-12 北京科技大学 一种yolk/shell结构碱式硫酸铜的制备方法
US20150188138A1 (en) * 2012-06-20 2015-07-02 Candace Chan Transition metal hydroxy-anion electrode materials for lithium-ion battery cathodes
JP2017503686A (ja) * 2013-12-20 2017-02-02 エーエムエス−パテント アクチェンゲゼルシャフト プラスチック成形用コンパウンド及びその使用
CN106555179A (zh) * 2015-09-28 2017-04-05 比亚迪股份有限公司 碱式磷酸铜包覆硅藻土复合材料和包含其的塑料组合物与塑料制品以及它们的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150188138A1 (en) * 2012-06-20 2015-07-02 Candace Chan Transition metal hydroxy-anion electrode materials for lithium-ion battery cathodes
CN102931383A (zh) * 2012-10-11 2013-02-13 广东工业大学 一种锂离子动力电池复合正极材料的制备方法
CN103145172A (zh) * 2013-04-03 2013-06-12 北京科技大学 一种yolk/shell结构碱式硫酸铜的制备方法
JP2017503686A (ja) * 2013-12-20 2017-02-02 エーエムエス−パテント アクチェンゲゼルシャフト プラスチック成形用コンパウンド及びその使用
CN106555179A (zh) * 2015-09-28 2017-04-05 比亚迪股份有限公司 碱式磷酸铜包覆硅藻土复合材料和包含其的塑料组合物与塑料制品以及它们的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
詹予衷等: ""羟基磷酸铜的合成及催化氧化染料脱色"", 《广州化工》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105552344B (zh) 一种锂离子电池正极片、锂离子电池及其制备方法
CN102201576B (zh) 一种多孔碳原位复合磷酸铁锂正极材料及其制备方法
CN104428253B (zh) 掺杂的镍酸盐化合物
CN101752562B (zh) 一种复合掺杂改性锂离子电池正极材料及其制备方法
CN111564622A (zh) 一种磷酸锰铁锂正极材料及其制备方法
CN103928672A (zh) 一种锂离子电池用正极活性物质及其制备方法
CN103165896A (zh) 一种增稠剂掺杂改性制备磷酸铁锂/碳复合材料的方法
CN103956485A (zh) 一种三维分级结构的磷酸铁锂电极材料及其制备方法
CN101853934A (zh) 锂离子电池正极材料及其制备方法
Li et al. Synthesis and electrochemical characterizations of LiMn2O4 prepared by high temperature ball milling combustion method with citric acid as fuel
Zeng et al. Electrochemical behavior of spherical LiFePO4/C nanomaterial in aqueous electrolyte, and novel aqueous rechargeable lithium battery with LiFePO4/C anode
CN107492635B (zh) 一种复合钠离子电池正极材料Na3V2(PO4)3/C及其制备方法
CN107293723B (zh) 一种无粘结剂Na3V2(PO4)3/C锂离子电池复合正极及其制备方法
CN102931404A (zh) 磷位硼掺杂磷酸锰锂/碳复合材料及其制备方法
CN107069029B (zh) 一种锂电池用高电压正极材料及其制备方法
CN102157727B (zh) 一种锂离子电池负极材料纳米MnO的制备方法
CN103022487A (zh) 一种锂电池纳米磷酸锰锂正极材料的制备方法
CN102324519A (zh) 高电导率锂离子电池正极磷酸亚铁锂材料及其制备方法
Du et al. A three volt lithium ion battery with LiCoPO4 and zero-strain Li4Ti5O12 as insertion material
CN106058221B (zh) 一种磷酸根聚阴离子复合锰盐包覆富锂锰基正极材料的制备方法
CN117525391A (zh) 一种钠离子电池聚阴离子正极材料及其制备方法
CN102593462A (zh) 一种碳包覆制备磷酸铁锂的方法
CN107195884A (zh) 一种偏硅酸锂掺杂石墨烯锂离子电池负极材料及其制备方法
CN103367728A (zh) 一种活化天然石墨改性硅酸铁锂正极材料及其制备方法
CN104600294B (zh) 一种水热法合成高容量的微米棒磷酸铁锰锂材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190419