一种锂离子电池正极材料铜酸锂的制备方法技术

本发明专利技术一种锂离子电池正极材料铜酸锂的制备方法，先将氢氧化锂加入去离子水中溶解得到氢氧化锂的澄清溶液，将溶液加入纳米球磨机中，然后加入氧化亚铜和去离子水，边搅拌边球磨，控制浆料的固含量为25%‑35%，球磨后得到的浆料中悬浮物颗粒的尺寸为270‑330nm，将浆料搅拌均匀后喷雾干燥。将获得的前驱体粉体，放置在温度650‑700℃的电炉中，空气下煅烧后即得到锂离子电池正极材料铜酸锂。通过本发明专利技术的方法获得的铜酸锂产物尺寸细小均匀，在0.1C倍率下的首次充电比容量223‑232mAh/g，首次放电比容量207‑214mAh/g，库伦效率91.3%‑94.7%，是一种有应用价值的锂离子电池正极材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料学领域，涉及一种锂离子电池材料，具体来说是一种锂离子电池正极材料铜酸锂制备方法。
技术介绍
锂离子电池是一种可充电电池，它有着能量密度高、可以循环充放电、环保无污染等优点，使得其在电池工业发展的路上越走越远，受到人们的广泛关注。锂离子电池的第一次商品化是1991年日本Sony公司实现的，此后锂离子电池在短短时间内被广泛应用，手机电池、笔记本电脑电源和数码相机等设备都有其身影。随着现在电动汽车和混合动力汽车的发展，锂离子电池的发展被推向了又一个高潮。目前国家对新能源的发展也是大力支持，各种补贴政策的出台和重点项目的建设都体现了政府的重视。而正极材料又是锂离子电池的重要组成部分之一，对正极材料进一步研究也受到了人们的重视。现在广泛被应用的正极材料主要有橄榄石结构的磷酸铁锂、层状结构的钴酸锂、尖晶石结构的锰酸锂以及三元材料等。而铜酸锂正极材料的研究与应用报道很少。Li2CuO2为正交晶系结构的过渡金属氧化物，其空间群结构为I3m，晶胞参数a=3.659A°，b=2.861A°，c=9.387A°，其结构中存在着[CuO4]链，该单元以Cu原子为中心存在于氧原子形成的四面体中，且[CuO4]链以共顶方式排列着。在充放电的反应过程中，锂离子从[CuO4]结构之间的缝隙进出，这种结构为锂离子的转移提供了通道，且保证了其结构的稳定性。铜酸锂正极材料Li2CuO2为富锂正极材料，其放电平台在2.8V，脱一个锂离子的理论比容量为245mAh/g，理论能量密度686Wh/kg，相比于其它正极材料，理论比容量和理论能量密度均要高，有望在电动汽车领域得到应用。正交晶系的Li2CuO2制备方法主要为高温固相法，它的制备工艺简单，但是不容易控制颗粒大小以及形貌，且能耗较大。高温固相法的锂源一般采用Li2CO3，铜源采用CuO,原料按一定比例Li:Cu=2:1混合，经过研磨将原料粉碎并混合均匀，在700-850℃电炉中空气烧结4-24小时即可得到纯相的Li2CuO2。N.Imanishi等人用固相烧结法制备了纯相Li2CuO2正极材料，首次放电比容量只有100mAh/g（SolidStateIonics177(2006)1341–1346）。该性能数据不能满足应用需求，需要进一步提高。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料铜酸锂制备方法，所述的这种锂离子电池正极材料铜酸锂制备方法要解决现有技术中的锂离子电池正极材料铜酸锂Li2CuO2高温固相合成温度高,材料结晶度低以及电化学性能差的技术问题。本专利技术提供了一种锂离子电池正极材料铜酸锂的制备方法，包括如下步骤：（1）首先称取氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水，所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为88-96:73:480-660；（2）将88-96重量份的氢氧化锂加入400重量份的去离子水中溶解得到氢氧化锂的澄清溶液；（3）将上述氢氧化锂溶液加入纳米球磨机中，然后加入73重量份的氧化亚铜和80-260重量份的去离子水球磨，控制浆料的固含量为25%-35%，球磨3-7小时，得到浆料的颗粒尺寸为270-330nm；（4）将上述球磨产物搅拌均匀后进行喷雾干燥，控制出风温度为150~200℃，进料量10~20ml/min，得到铜酸锂前驱体粉体。（5）将上述铜酸锂前驱体粉体在温度650-700℃电炉中空气煅烧4-8小时后，即得到锂离子电池铜酸锂正极材料。进一步的，在步骤4）中，控制出风温度为170℃，进料量15ml/min，得到铜酸锂前驱体粉体。进一步的，所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为92:73:660，控制合成过程中浆料的固含量为25%，球磨3h，悬浮物颗粒的尺寸为330nm，在650℃的电炉中空气煅烧4h。进一步的，所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为92:73:660，控制合成过程中浆料的固含量为25%，球磨5h，悬浮物颗粒的尺寸为300nm，在680℃的电炉中空气煅烧6h。进一步的，所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为92:73:660，控制合成过程中浆料的固含量为25%，球磨7h，悬浮物颗粒的尺寸为270nm，在700℃的电炉中空气煅烧8h。进一步的，所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为88：73:540，控制合成过程中浆料的固含量为30%，球磨3h，悬浮物颗粒的尺寸为330nm，在680℃的电炉中空气煅烧8h。进一步的，所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为88：73:540，控制合成过程中浆料的固含量为30%，球磨5h，悬浮物颗粒的尺寸为300nm，在700℃的电炉中空气煅烧4h。进一步的，所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为88：73:540，控制合成过程中浆料的固含量为30%，球磨7h，悬浮物颗粒的尺寸为270nm，在650℃的电炉中空气煅烧6h。进一步的，所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为96:73:480，控制合成过程中浆料的固含量为35%，球磨3h，悬浮物颗粒的尺寸为330nm，在700℃的电炉中空气煅烧6h。进一步的，所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为96:73:480，控制合成过程中浆料的固含量为35%，球磨5h，悬浮物颗粒的尺寸为300nm，在650℃的电炉中空气煅烧8h。进一步的，所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为96:73:480，控制合成过程中浆料的固含量为35%，球磨7h，悬浮物颗粒的尺寸为270nm，在680℃的电炉中空气煅烧4h。本专利技术选择使用一价铜源氧化亚铜和氢氧化锂为原料，在纳米球磨机中球磨，控制前驱体粒径在微纳米尺寸。通过这些措施，可以使原料的固相反应活性提高，提高原料之间的反应速率，有效降低合成的温度和时间，使得合成的产物结晶度高，电化学性能较好。所得Li2CuO2产物结晶度高，颗粒尺寸均匀细小，一次颗粒尺寸100-500纳米。电化学性能测试结果表明，获得的铜酸锂Li2CuO2材料在0.1C倍率下的首次充电比容量223-232mAh/g，首次放电比容量207-214mAh/g，库伦效率91.3%-94.7%。50次循环后容量保持率87.1%-90.6%，是一种有潜在应用前景的正极材料。本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。本专利技术使用氧化亚铜为铜源,使用氢氧化锂作为锂源，通过高温固相合成的方法获得。本专利技术的方法合成温度低，煅烧时间短，能耗低，材料结晶度高,并且合成Li2CuO2材料的电化学性能较好。附图说明图1是实施例1所得锂离子电池正极材料铜酸锂Li2CuO2的XRD图谱。图2是实施例1所得锂离子电池正极材料铜酸锂Li2CuO2的SEM图谱。图3是实施例1所得锂离子电池正极材料铜酸锂Li2CuO2充放电图谱（0.1C）。图4是实施例1所得锂离子电池正极材料铜酸锂Li2CuO2的50次循环容量图谱。具体实施方式下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池正极材料铜酸锂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）首先称取氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水，所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为88‑96:73:480‑660；（2）将88‑96重量份的氢氧化锂加入400重量份的去离子水中溶解得到氢氧化锂的澄清溶液；（3）将上述氢氧化锂溶液加入纳米球磨机中，然后加入73重量份的氧化亚铜和80‑260重量份的去离子水球磨，控制浆料的固含量为25%‑35%，球磨3‑7小时，得到浆料的颗粒尺寸为270‑330nm；（4）将上述球磨产物搅拌均匀后进行喷雾干燥，控制出风温度为150~200℃，进料量10~20ml/min，得到铜酸锂前驱体粉体；（5）将上述铜酸锂前驱体粉体在温度650‑700℃电炉中空气煅烧4‑8小时后，即得到锂离子电池铜酸锂正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料铜酸锂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）首先称取氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水，所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为88-96:73:480-660；
（2）将88-96重量份的氢氧化锂加入400重量份的去离子水中溶解得到氢氧化锂的澄清溶液；
（3）将上述氢氧化锂溶液加入纳米球磨机中，然后加入73重量份的氧化亚铜和80-260重量份的去离子水球磨，控制浆料的固含量为25%-35%，球磨3-7小时，得到浆料的颗粒尺寸为270-330nm；
（4）将上述球磨产物搅拌均匀后进行喷雾干燥，控制出风温度为150~200℃，进料量10~20ml/min，得到铜酸锂前驱体粉体；
（5）将上述铜酸锂前驱体粉体在温度650-700℃电炉中空气煅烧4-8小时后，即得到锂离子电池铜酸锂正极材料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料铜酸锂的制备方法，其特征在于：所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为92:73:660，控制合成过程中浆料的固含量为25%，球磨3h，悬浮物颗粒的尺寸为330nm，在650℃的电炉中空气煅烧4h。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料铜酸锂的制备方法，其特征在于：所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为92:73:660，控制合成过程中浆料的固含量为25%，球磨5h，悬浮物颗粒的尺寸为300nm，在680℃的电炉中空气煅烧6h。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料铜酸锂的制备方法，其特征在于：所述的氢氧化锂、氧化亚铜和去离子水的质量比为92:73:660，控制合成过程中浆料的固含量为25%，球磨7h，悬浮物颗粒的尺寸为270nm，在700℃的电炉中空气煅烧8h。
5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：常程康，钟国兵，郭芸芸，伍凤云，郭倩，陈杰，陈雪平，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：上海;31