本發(fā)明涉及化學(xué)電源領(lǐng)域，尤其涉及一種提高鋰離子電池電極材料電化學(xué)性能的方法。

背景技術(shù)：

隨著化石燃料的消耗，對(duì)能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)化設(shè)備的研究越來(lái)越引起人們的重視。鋰離子電池由于能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電速率低等優(yōu)點(diǎn)而成為最引人注目的二次電池。然而，動(dòng)力電池和長(zhǎng)期儲(chǔ)能所需的大型設(shè)備要求鋰離子電池具備高倍率性能、長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性能和高溫性能等，這些都是鋰離子電池發(fā)展亟待解決的問(wèn)題。固相燒結(jié)法制備電極材料便于規(guī)?；a(chǎn)，但是材料顆粒容易團(tuán)聚，導(dǎo)致材料電化學(xué)性能不理想。液相法制備電極材料能夠通過(guò)改變條件，制備顆粒均勻、比表面積大的材料，從而增大材料與電解液的接觸面積、降低電子電阻和離子電阻、提高材料的穩(wěn)定性，從而顯著提高材料的電化學(xué)性能，并且該方法成本低廉，便于推廣應(yīng)用。

納米材料因具有較大的表面能、較難穩(wěn)定存在、易發(fā)生自發(fā)的團(tuán)聚現(xiàn)象而失去其獨(dú)特的性能。在合成過(guò)程中，納米粒子的表面形貌和大小均受其所處環(huán)境的影響。表面活性劑具有獨(dú)特的雙親結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)分為親水基和親油基兩部分，有良好的吸附性，易形成膠束。表面活性劑作為穩(wěn)定劑穩(wěn)定納米材料的機(jī)理主要是：靜電穩(wěn)定機(jī)制和空間位阻機(jī)制。表面活性劑的這些特性為納米粒子的合成提供了另外一些合成路徑。一方面，利用表面活性劑的特性(如形成膠束、反膠束、微乳液等)為納米粒子的合成提供了模板法、微乳法、水熱法、溶膠-凝膠等方法，能較好地控制納米粒子的尺寸；另一方面，能較好地降低所合成納米粒子自發(fā)團(tuán)聚現(xiàn)象，增加納米粒子的穩(wěn)定性。同時(shí)，表面活性劑由于分子不對(duì)稱結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的自組織行為和降低水溶液表面張力的能力，能夠降低體系的自由能。

因此，目前急需一種工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、重復(fù)性好，并且可顯著提高材料電化學(xué)性能的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、重復(fù)性好，并且可顯著提高材料電化學(xué)性能的提高鋰離子電池電極材料電化學(xué)性能的方法。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種提高鋰離子電池電極材料電化學(xué)性能的方法，包括如下步驟：

(1)將表面活性劑溶解于去離子水中；

(2)將制備電極材料的各種鹽及輔助原料，以固相或者水溶液的形式維持在一定條件下加入步驟(1)溶液中，形成溶液；

(3)將步驟(2)溶液經(jīng)過(guò)相應(yīng)的方法處理后干燥，得到前驅(qū)體；

(4)將步驟(3)處理后的前驅(qū)體經(jīng)研磨后于低溫下預(yù)燒；

(5)將步驟(4)處理后的樣品研磨；

(6)將步驟(5)處理后的樣品在高溫下焙燒，最終獲取相應(yīng)的電極材料；

(7)將步驟(6)最終獲取的電極材料將為正極或負(fù)極，用于組成鋰離子電池。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(1)中表面活性劑包括陰離子表面活性、陽(yáng)離子表面活性劑和非離子表面活性劑中的一種或多種。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(2)中制備電極材料的各種鹽為可溶性鋰鹽、可溶性錳鹽、可溶性鈷鹽、可溶性鎳鹽、可溶性含釩化合物、可溶性鐵鹽、ti(oc4h9)4中的一種或多種；所述可溶性鋰鹽具體為ch3cooli·h2o、lino3、lioh·h2o、li2co3中的一種或多種；所述可溶性錳鹽具體為(ch3coo)2mn·4h2o、mnso4·h2o、mn(no3)2·h2o中的一種或多種；所述可溶性鈷鹽具體為(ch3coo)2co·6h2o、coso4·7h2o、co(no3)2·h2o中的一種或多種；所述可溶性鎳鹽具體為(ch3coo)2ni·4h2o、niso4·7h2o、ni(no3)2·6h2o中的一種或多種；所述可溶性含釩化合物具體為nh4vo3、v2o5、navo3中的一種或多種；所述可溶性鐵鹽具體為(ch3coo)2fe、fec2o4·2h2o、fepo4中的一種或多種。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(2)中輔助原料為絡(luò)合劑或者沉淀劑；所述絡(luò)合劑具體為1,10-鄰二氮菲、edta、二巰基丙醇、二巰基丙烷磺酸鈉、巰基乙胺、巰基乙酸、硫脲、氟化氨、8-羥基喹啉、氰化物、乙酰丙酮、檸檬酸、酒石酸、草酸、磺基水楊酸、三乙醇胺、egta、乙二胺四丙酸、三乙撐四胺中的一種或幾種；所述沉淀劑具體為na2co3、nahco3、naoh、k2co3、khco3、koh、nh4oh中的一種或幾種。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(2)中維持一定的條件包括ph、溫度、原料的滴加速度和氣氛保護(hù)。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(3)中相應(yīng)的方法包括水熱法、溶膠-凝膠法、沉淀法、水解法、噴霧法、乳液法、冷凍干燥法。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(3)中干燥包括烘箱干燥、真空干燥、冷凍干燥和噴霧干燥。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(4)中低溫下預(yù)燒為在氣氛管式爐或馬弗爐中250-600℃燒結(jié)1-8h；所述步驟(6)中高溫下焙燒為在氣氛管式爐或馬弗爐中600-1200℃燒結(jié)2-50h。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(7)中獲取相應(yīng)電極材料后，以制備的電極材料為正極或負(fù)極、高純鋰片為負(fù)極或正極，以聚丙烯微孔膜為電池的隔膜組裝成型號(hào)為cr2032測(cè)試電池，在充滿氬氣的手套箱中組裝成扣式電，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，測(cè)試電壓范圍1.0-5.0v。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述電化學(xué)測(cè)試具體為循環(huán)性能、倍率性能和高低溫性能測(cè)試。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)借助表面活性劑提高鋰離子電池材料的電化學(xué)性能，且效果顯著；

(2)借助表面活性劑制備電極材料，能夠提高材料的分散性和均勻性，從而提高材料與電解液接觸面積、縮短充放電過(guò)程中離子傳輸和電子傳輸路徑，提高電極材料的循環(huán)性能和倍率性能和高低溫性能；

(3)選用的表面活性劑廉價(jià)易得，成本低；

(4)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，周期較短，利于降低成本及大規(guī)模工業(yè)化，具有普適性和可推廣性。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1中的一種提高鋰離子電池電極材料電化學(xué)性能的方法的lvp電極材料的x射線衍射(xrd)結(jié)果圖；

圖2是實(shí)施例1中的一種提高鋰離子電池電極材料電化學(xué)性能的方法的lvp電極材料的sem電鏡掃描圖；

圖3是實(shí)施例1中的一種提高鋰離子電池電極材料電化學(xué)性能的方法的lvp電極材料的倍率性能測(cè)試結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的一種提高鋰離子電池電極材料電化學(xué)性能的方法，包括如下步驟：

(1)將十二烷基苯磺酸鈉(sdbs)溶解于去離子水中；

(2)將制備電極材料的nh4vo3、ch3cooli·h2o、nh4h2po4及絡(luò)合劑檸檬酸，以固相或者水溶液的形式維持在一定條件下(ph、溫度、原料的滴加速度和氣氛保護(hù))加入步驟(1)溶液中，形成溶液；

(3)將步驟(2)溶液于60℃水浴加熱攪拌直至形成溶膠狀后轉(zhuǎn)移至120℃烘箱中干燥，得到前驅(qū)體；

(4)將步驟(3)得到的前驅(qū)體經(jīng)研磨后在5％h2/n2氣氛管式爐中350℃燒結(jié)5h后自然冷卻至室溫；

(5)將步驟(4)處理后的樣品研磨；

(6)將步驟(5)處理后的樣品在5％h2/n2氣氛管式爐中750℃燒結(jié)10h，最終獲取相應(yīng)的電極材料lvp(li3v2(po4)3)，通過(guò)x射線衍射(xrd)測(cè)試表征其材料成分，見圖1(以未加入sdbs的lvp為對(duì)比)，通過(guò)sem電鏡掃描測(cè)試表征其形貌，見圖2；

(7)將步驟(6)最終獲取的電極材料將作為正極、高純鋰片為負(fù)極，以聚丙烯微孔膜為電池的隔膜，以superp為導(dǎo)電劑，以pvdf為粘結(jié)劑，以nmp為溶劑調(diào)成料漿，以1mol/l的lipf6/ec+dec(lipf6/ec和dec的體積比為1:1)為電解液，組裝成型號(hào)為cr2032測(cè)試電池，在充滿氬氣的手套箱中組裝成扣式電，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，即循環(huán)性能、倍率性能和高低溫性能測(cè)試，測(cè)試電壓范圍2.4-4.3v，其中，圖3則是其倍率性能測(cè)試結(jié)果圖(以未加入sdbs的lvp為對(duì)比)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的一種提高鋰離子電池電極材料電化學(xué)性能的方法，包括如下步驟：

(1)將十六烷基三甲基溴化銨(ctab)溶解于去離子水中；

(2)將制備電極材料的ch3cooli·h2o、(ch3coo)2mn·4h2o、(ch3coo)2ni·4h2o及輔助原料氨水，以固相或者水溶液的形式維持在一定條件下(ph、溫度、原料的滴加速度和氣氛保護(hù))加入步驟(1)溶液中，形成溶液；

(3)將步驟(2)溶液轉(zhuǎn)入水熱反應(yīng)釜中，在180℃反應(yīng)24h得到溶膠，再于70℃水浴蒸發(fā)，接著轉(zhuǎn)移至烘箱中120℃干燥，得到前驅(qū)體；

(4)將步驟(3)得到的前驅(qū)體經(jīng)研磨后在馬弗爐中250℃燒結(jié)1h；

(5)將步驟(4)處理后的樣品研磨；

(6)將步驟(5)處理后的樣品在馬弗爐中600℃燒結(jié)2h，最終獲取相應(yīng)的電極材料；

(7)將步驟(6)最終獲取的電極材料將作為正極、高純鋰片為負(fù)極，以聚丙烯微孔膜為電池的隔膜組裝成型號(hào)為cr2032測(cè)試電池，在充滿氬氣的手套箱中組裝成扣式電，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試(循環(huán)性能、倍率性能和高低溫性能測(cè)試)，測(cè)試電壓范圍3.0-4.5v。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的一種提高鋰離子電池電極材料電化學(xué)性能的方法，包括如下步驟：

(1)將聚乙烯醇(pva)和十六烷基三甲基溴化銨(ctab)溶解于去離子水中；

(2)將制備電極材料的ch3cooli·h2o、(ch3coo)2co·6h2o及沉淀劑na2co3各自溶解于去離子水中，在持續(xù)攪拌下將各溶液同時(shí)滴加至步驟(1)的溶液中，用氨水調(diào)節(jié)保持ph＝10，滴加結(jié)束后持續(xù)攪拌10h，后過(guò)濾，用去離子水清洗，得到沉淀物；

(3)將步驟(2)中所得沉淀物轉(zhuǎn)移至真空烘箱中真空干燥，得到前驅(qū)體；

(4)將步驟(3)得到的前驅(qū)體經(jīng)研磨后在10％h2/n2氣氛管式爐中600℃燒結(jié)8h；

(5)將步驟(4)處理后的樣品研磨；

(6)將步驟(5)處理后的樣品在10％h2/n2氣氛管式爐中1200℃燒結(jié)50h，最終獲取相應(yīng)的電極材料；

(7)將步驟(6)最終獲取的電極材料將作為負(fù)極、高純鋰片為正極，以聚丙烯微孔膜為電池的隔膜組裝成型號(hào)為cr2032測(cè)試電池，在充滿氬氣的手套箱中組裝成扣式電，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試(循環(huán)性能、倍率性能和高低溫性能測(cè)試)，測(cè)試電壓范圍2.4-4.3v。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的一種提高鋰離子電池電極材料電化學(xué)性能的方法，包括如下步驟：

(1)將十六烷基三甲基溴化銨(ctab)溶解于去離子水中；

(2)將制備電極材料的(ti(oc4h9)4)、ch3cooli·h2o及絡(luò)合劑檸檬酸，以固相或者水溶液的形式維持在一定條件下(ph、溫度、原料的滴加速度和氣氛保護(hù))加入步驟(1)溶液中，形成溶液；

(3)將步驟(2)溶液轉(zhuǎn)移至氣流式噴霧干燥器中噴霧干燥，再轉(zhuǎn)移至烘箱中干燥，得到前驅(qū)體；

(4)將步驟(3)得到的前驅(qū)體經(jīng)研磨后在n2氣氛管式爐中350℃燒結(jié)6h；

(5)將步驟(4)處理后的樣品研磨；

(6)將步驟(5)處理后的樣品在n2氣氛管式爐中700℃燒結(jié)10h，最終獲取相應(yīng)的電極材料；

(7)將步驟(6)最終獲取的電極材料將作為負(fù)極、高純鋰片正極，以聚丙烯微孔膜為電池的隔膜組裝成型號(hào)為cr2032測(cè)試電池，在充滿氬氣的手套箱中組裝成扣式電，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試(循環(huán)性能、倍率性能和高低溫性能測(cè)試)，測(cè)試電壓范圍1.0-3.0v。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。