高温锂电池的钼酸锂正极材料及其制备方法以及高温锂电池的正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高温锂电池的钼酸锂正极材料，其化学结构式为Li2MoO4。并提供其高温固相制备方法，包括按摩尔比称取锂盐和钼源，球磨2～5h后将其取出研磨并过筛；在空气气氛下200～800℃烧结10～16h，降至室温。还提供其水溶液合成制备方法，区别在于锂盐和钼源倒入水中搅拌并烘干。此外，本发明专利技术提供高温锂电池的正极材料的制备方法，包括对上述高温锂电池的钼酸锂正极材料研磨并过筛；称取该材料、低熔点硝酸盐和活性炭材料，球磨2～5h；将其在空气气氛下180℃烧结3h，取出后研磨并过筛。本发明专利技术提供的高温锂电池的钼酸锂正极材料采用钼酸锂，更耐高温且在高温下与硝酸共融盐相容性好，且电容量高，放电性能好。

【技术实现步骤摘要】
高温锂电池的钼酸锂正极材料及其制备方法以及高温锂电池的正极材料及其制备方法
本专利技术涉及高温电池
，特别是高温锂电池正极材料领域。
技术介绍
21世纪以来，随着工业的迅速发展，化石能源被急剧消耗，如石油、天然气、煤等不可再生资源面临枯竭。虽然近年来人们对可再生资源的研究与应用取得了大量成果，但是仍然不能满足我们日益增长的能源需求。所以，在发展可再生新能源的同时，我们也需要寻找新的化石能源，以满足我们现阶段的生产与发展的需要。而寻找新的化石能源就需要对更深的地层进行勘探，高温锂电池就是为勘探化石能源设备提供化学能源的。锂电池是指在电极材料中使用锂元素为主要活性物质的电池。由于锂是所有金属元素中原子量最小、密度最小、电化学当量最小、电极电势最负的电极材料，因此以金属锂或者锂合金作为负极材料的锂电池普遍具有开路电压高、比能量高、寿命长等优点。目前，运用到商业领域的锂电池工作温度为-55～70℃(一般高于150℃会燃烧或爆炸)，军事领域用的热电池工作温度在350～550℃，而对于工作温度在150～350℃之间的锂电池的高温电池
研究还未有显著成就。我们把工作在150～350℃之间的电池称为高温电池(或称之为热电池中的低温电池)。高温电池的工作原理和热电池基本相同，但高温电池不需要引信电源，可以由环境温度进行激活。高温锂电池主要由正极材料、电解质、负极材料组成。高温锂电池为全固态电池，与锂离子电池不同的是在常温下都为固态，只有在高温下电解质熔融才具有导电能力，故没有自放电发生，可以保存二、三十年之久。相对于研究较为广泛的负极材料和电解质，正极材料的研究相对滞后。过渡金属氧化物正极材料在高温锂电池中的应用研究是伴随着低熔点硝酸盐的开发才逐渐开展起来的，目前研究较热的高温锂电正极材料是过渡金属氧化物及其嵌锂化合物，但是过渡金属氧化物如WO3的放电容量并不高，例如，目前存在的WO3正极材料放电性能差；FeS2和CoS2与硝酸共融盐反应，也不适合做高温锂电池的正极材料；AgNO3、Cd(NO3)2、Pb(NO3)2等硝酸盐正极材料与硝酸共融盐相容性好，正极点位高且倍率性能好，但是这类材料溶于电解质且会扩散到负极材料并与负极反应造成电池性能的衰退。过渡金属氧化物具有较高电势，所以常被引用于高温电池中。Mo的化学价态变化为0到+6，因此具有很高的电化学容量，所以本专利技术将其应用于高温锂电池的正极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应用在高温锂电池上的钼酸锂正极材料及其制备方法，以增大高温锂电池的正极材料的电容量，提升其放电性能。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高温锂电池的钼酸锂正极材料，所述钼酸锂正极材料的化学结构式为Li2MoO4，晶体结构为三斜晶系。本专利技术提供的高温锂电池的钼酸锂正极材料采用化学结构式为Li2MoO4的钼酸锂，在常温下为固态，只有在高温下电解质熔融在具有导电能力，更耐高温且在高温下与硝酸共融盐相容性好。在电化学反应中，钼的化合价在+6到0价之间变化，所以具有很高的电容量，放电性能优越。优选地，所述高温锂电池的工作温度范围为150～350℃。因此，钼酸锂作为其正极材料的高温锂电池可以主要应用于石油、天然气、煤勘探设备中，也可以用于汽车轮胎检测系统等。另一方面，本专利技术还提供了一种高温锂电池的钼酸锂正极材料的高温固相制备方法，包括：步骤S1：按照摩尔比Li:Mo＝2:1称取锂盐和钼源，并倒入球磨罐中球磨2～5h，得到混合均匀的原料；步骤S2：将步骤S1所得的原料取出，进行研磨并过筛；步骤S3：将步骤S2所得的原料在空气气氛下200～800℃烧结10～16h，降温至室温，得到钼酸锂正极材料。高温固相合成制备方法不仅制备方法简单易行、成本低、可大量生产，且制备得到的Li2MoO4纯度也高，有利于提高高温锂电池的钼酸锂正极材料的放电性能。优选地，所述步骤S3中的烧结温度为400～800℃。优选地，所述锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂或醋酸锂中的一种，所述钼源为三氧化钼、乙酸钼、碳酸钼中的一种。另一方面，本专利技术还提供了一种高温锂电池的钼酸锂正极材料的水溶液合成制备方法，包括：步骤S1：按照摩尔比Li:Mo＝2:1称取锂盐和钼源，倒入蒸馏水中搅拌2～5h，得到均一水溶液；步骤S2：将步骤S1得到的水溶液烘干；步骤S3：对步骤S2得到的原料在空气气氛下400～800℃烧结10～16h，降温至室温，得到钼酸锂正极材料。水溶液合成制备方法，其Li2MoO4原料在液相环境下达到原子水平的混合均匀，从而在制备Li2MoO4时避免了杂质相的产生，制备得到的Li2MoO4纯度更高，有利于提高高温锂电池的钼酸锂正极材料的放电性能。优选地，所述锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂或醋酸锂中的一种，所述钼源为三氧化钼、乙酸钼、碳酸钼中的一种。另一方面，本专利技术还提供了一种高温锂电池的正极材料的制备方法，包括：步骤S1：提供根据上述高温锂电池的钼酸锂正极材料的制备方法所制得的钼酸锂正极材料；步骤S2：对步骤S1中的钼酸锂正极材料进行研磨并过筛；步骤S3：按照7:2:1的质量比依次称取步骤S2所得的钼酸锂正极材料、低熔点硝酸盐和活性炭材料，并倒入球磨罐中球磨2～5h，得到混合均匀的高温锂电池的正极材料原料；步骤S4：将步骤S3所得的正极材料原料在空气气氛下进行烧结，将其取出后进行研磨并过筛，得到一种高温锂电池的正极材料。优选地，所述步骤S4包括：将步骤S3所得的正极材料原料在空气气氛下150～200℃下烧结2～5h，将其取出后进行研磨并过筛，得到所述高温锂电池的正极材料。另一方面，本专利技术还提供了一种上述的制备方法所制得的高温锂电池的正极材料。附图说明图1为实施例一的碳酸锂和三氧化钼的热重/差示扫描量热图(TGA/DSC)。图2为实施例一的钼酸锂的X-射线衍射图(XRD)。图3为实施例一的钼酸锂的热重/差示扫描量热图(TGA/DSC)。图4为实施例一的钼酸锂的电子扫描电镜照片。图5为实施例一的钼酸锂和低熔点硝酸盐的热重/差示扫描量热图(TGA/DSC)。图6为实施例一的钼酸锂在200℃、250℃、300℃下的放电图。图7为实施例二的钼酸锂的X-射线衍射图(XRD)。图8为实施例二的钼酸锂的电子扫描电镜照片。具体实施方式下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本专利技术的功能、特点。钼酸锂(Li2MoO4)在常温下为固态，只有在高温下电解质熔融在具有导电能力，更耐高温且在高温下与硝酸共融盐相容性好。在电化学反应中，Mo的化合价在+6到0价之间变化，所以具有很高的电化学容量，所以本专利技术将其作为一种高温锂电池的钼酸锂正极材料，应用于高温锂电池正极材料上，以提升电池的放电性能。本专利技术提供了上述高温锂电池的钼酸锂正极材料的制备方法，以及由该高温锂电池的钼酸锂正极材料的制得的高温锂电池的正极材料及其制备方法。实施例一高温锂电池的钼酸锂正极材料的高温固相合成制备方法以及高温锂电池的正极材料的制备方法高温锂电池的钼酸锂正极材料的高温固相合成制备方法的优点在于不仅制备方法简单易行、成本低、可大量生产，且制备得到的Li2MoO4纯度也高，有利于提高高温锂电池的钼酸锂正极材料的放电性能。步骤S1：按照Li:Mo＝2:1的摩尔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温锂电池的钼酸锂正极材料，其特征在于，所述钼酸锂正极材料的化学结构式为Li2MoO4，晶体结构为三斜晶系。

【技术特征摘要】
1.一种高温锂电池的钼酸锂正极材料，其特征在于，所述钼酸锂正极材料的化学结构式为Li2MoO4，晶体结构为三斜晶系。2.根据权利要求1所述的高温锂电池的钼酸锂正极材料，其特征在于，所述高温锂电池的工作温度范围为150～350℃。3.一种根据权利要求1～2中任意一项所述的高温锂电池的钼酸锂正极材料的高温固相制备方法，其特征在于，包括：步骤S1：按照摩尔比Li:Mo＝2:1称取锂盐和钼源，并倒入球磨罐中球磨2～5h，得到混合均匀的原料；步骤S2：将步骤S1所得的原料取出，进行研磨并过筛；步骤S3：将步骤S2所得的原料在空气气氛下200～800℃烧结10～16h，降温至室温，得到钼酸锂正极材料。4.根据权利要求3所述的高温锂电池的钼酸锂正极材料的高温固相制备方法，所述步骤S3中的烧结温度为400～800℃。5.根据权利要求3所述的高温锂电池的钼酸锂正极材料的高温固相制备方法，其特征在于，所述锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、乙酸锂或醋酸锂中的一种，所述钼源为三氧化钼、乙酸钼、碳酸钼中的一种。6.一种根据权利要求1～2中任意一项所述的高温锂电池的钼酸锂正极材料的水溶液合成制备方法，其特征在于，包括：步骤S1：按照摩尔比Li:Mo＝2:1称取锂盐和钼源，倒入蒸馏水中搅拌2～5h，得到均一水溶液；步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：任晓英，吴铸，杜俊霖，蒲朝辉，许小鸥，王润博，顾嘉川，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31