一种纳米级铝酸锂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米级铝酸锂的制备方法。其中，将AAO模板在硝酸锂或醋酸锂的饱和溶液中进行真空浸渍，然后经冷冻、真空冷冻干燥、煅烧，形成呈多孔结构的纳米级铝酸锂。该纳米级铝酸锂继承了AAO模板的多孔形貌，具有较大的比表面积，能够更好地与锂离子电池正极材料复合、充分地发挥铝酸锂功能。并且，该工艺简单、过程易控、成本低优点，为纳米多孔材料的制备提供了新方法。

Method for preparing nano grade lithium aluminate

The invention relates to a preparation method of nanometer lithium aluminate. Among them, the AAO template by vacuum impregnation in a saturated solution of lithium nitrate or acetate in after freezing, vacuum freeze drying and calcining to form a nano porous structure of lithium aluminate. The nano lithium aluminate inherits the porous morphology of AAO template, has larger specific surface area, can better combine with the cathode material of lithium ion battery, and fully play the function of lithium aluminate. Moreover, the process is simple, the process is easy to control and the cost is low, which provides a new method for the preparation of nanoporous materials.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米级铝酸锂的制备方法
本专利技术涉及一种纳米级铝酸锂的制备方法。
技术介绍
铝酸锂早期在工业上用作熔融碳酸盐燃料电池的电解质支撑材料和核领域聚变-裂变反应堆中的氚增殖材料。2003年，Kim等采用水热模板法合成铝酸锂纳米管，并用核磁共振NMR对铝酸锂中锂离子的移动性进行了表征，发现锂离子在铝酸锂中具有迁移能力。铝酸锂在锂离子电池中的应用，主要是作为一种提高聚合物电解质电导率的有效添加剂，将微米或纳米级的铝酸锂颗粒添加到聚合物电解质中，能提高聚合物电电导率和电解质/电极的界面相容性。铝酸锂在锂离子电池中的应用表明，铝酸锂的引入能够有效提高基体材料的锂离子电导率和综合电化学性能。以往铝酸锂的制备主要集中在单纯的将铝源和锂源混合，采用固相法煅烧制得，这种制备方法得到铝酸锂颗粒较大、团聚严重、具有较小的比表面积，在使用过程中不能充分发挥其功能。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种能够制备出更好地与锂离子电池正极材料复合、充分地发挥铝酸锂功能的铝酸锂的方法。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术提供一种纳米级铝酸锂的制备方法，包括如下步骤：S1、将AAO模板在硝酸锂或醋酸锂的饱和溶液中进行真空浸渍，形成带有硝酸锂或醋酸锂的饱和溶液的AAO模板；S2、对带有硝酸锂或醋酸锂的饱和溶液的AAO模板进行冷冻；S3、对冷冻后的产物进行真空冷冻干燥；S4、对真空冷冻干燥后的产物进行煅烧，形成呈多孔结构的纳米级铝酸锂。根据本专利技术，在步骤S1中，将AAO模板浸入硝酸锂或醋酸锂的饱和溶液进行真空浸渍，真空度小于0.1Pa，真空浸渍时间为1.5-2.5h；在步骤S2中，冷冻时间为18-22h；在步骤S3中，温度低于-50℃，真空度小于5Pa，时间为35-40h；在步骤S4中，煅烧温度为550-650℃，煅烧时间为4.5-5.5h。根据本专利技术，步骤S1中采用的AAO模板由如下步骤制得：a、以铝板作为阳极、镍板作为阴极、磷酸和乙醇的混合液作为电解液，进行阳极氧化，铝板形成一次氧化产物；b、将一次氧化产物浸泡在铬酸溶液中，去除阳极氧化所产生的孔洞；c、以铬酸溶液浸泡后的一次氧化产物作为阳极、镍板作为阴极、磷酸和乙醇的混合液作为电解液，进行阳极氧化，铬酸溶液浸泡后的一次氧化产物形成二次氧化产物；d、将二次氧化产物放入饱和的氯化汞溶液中浸泡，去除二次氧化产物中位于中央位置的铝板，获得两侧的AAO模板坯料；e、分别用乙醇和去离子水冲洗一个或两个AAO模板坯料，并进行干燥，形成一个或两个AAO模板。根据本专利技术，在步骤c中，在完成预设时间的阳极氧化后，阶梯式降低电压，直至电流降至0后，结束步骤c。根据本专利技术，在步骤a中，阳极和阴极的距离为5-8cm，在160-200V恒电压下进行阳极氧化，氧化时间为25-35min；在步骤b中，铬酸溶液的质量分数为5-7wt.％，温度为55-65℃，浸泡时间为2.5-3.5h；在步骤c中，阳极和阴极的距离与步骤a中阳极和阴极的距离相等，恒压值与步骤a中相等，氧化时间为2.5-3.5h，阶梯式降低电压时每次降低20V；在步骤d中，浸泡时间为3.5-4.5h；在步骤e中，干燥温度为75-85℃。根据本专利技术，在步骤a之前，采用磁力搅拌器对磷酸和乙醇的混合液进行搅拌，磁力搅拌器的转子的转速为160-200r/min。根据本专利技术，步骤a中采用的铝板经过如下处理：将铝板浸泡在丙酮中，以去除表面油脂；将铝板浸泡在氢氧化钠溶液中，以去除表面氧化物；对铝板进行乙醇超声清洗，以使其表面光洁。根据本专利技术，步骤a中，铝板的纯度为99.99％，厚度为0.2-0.4mm，宽度为2-3cm，侧表面面积为6-10cm2，镍板的纯度为99.95％，宽度为2-3cm，长度为6-10cm，厚度为0.4-0.6mm。根据本专利技术，所述电解液中，所述磷酸的浓度为0.1-0.3mol/L；所述乙醇与所述电解液的体积比为1:4-1:2。根据本专利技术，步骤c中阳极插入电解液的深度与步骤a中阳极插入电解液的深度相同；步骤c中阴极插入电解液的深度与步骤a中阴极插入电解液的深度相同。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术基于AAO模板通过真空浸渍并结合冷冻、真空冷冻干燥和煅烧合成纳米级铝酸锂，制备出呈多孔结构的纳米级铝酸锂，继承了AAO模板的多孔形貌，具有较大的比表面积，能够更好地与锂离子电池正极材料复合、充分地发挥铝酸锂功能。并且，该工艺简单、过程易控、成本低优点，为纳米多孔材料的制备提供了新方法。附图说明图1为如下提供的实施例一的纳米级铝酸锂的制备方法的流程示意图；图2为如下提供的实施例一中制备出的多孔纳米级铝酸锂的XRD图。图3为如下提供的实施例一中制备出的多孔纳米级铝酸锂的SEM图。图4为如下提供的实施例二中制备出的多孔纳米级铝酸锂的XRD图。图5为如下提供的实施例二中制备出的多孔纳米级铝酸锂的SEM图。图6为如下提供的实施例三中制备出的多孔纳米级铝酸锂的XRD图。图7为如下提供的实施例三中制备出的多孔纳米级铝酸锂的SEM图。图8为如下提供的实施例四中制备出的多孔纳米级铝酸锂的XRD图。图9为如下提供的实施例四中制备出的多孔纳米级铝酸锂的SEM图。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。实施例一参照图1，在本实施例中提供一种纳米级铝酸锂的制备方法，包括如下步骤：S1、将AAO模板在硝酸锂的饱和溶液中进行真空浸渍，形成带有硝酸锂的饱和溶液的AAO模板；S2、对带有硝酸锂的饱和溶液的AAO模板进行冷冻，使硝酸锂的饱和溶液呈固态封存到AAO模板的孔洞中；S3、对冷冻后的产物(即封存有呈固态硝酸锂溶液的AAO模板)进行真空冷冻干燥，将AAO模板的孔洞中的硝酸锂溶液的水分充分地升华去除，留下硝酸锂附着在AAO模板的孔洞的表面；S4、对真空冷冻干燥后的产物(即孔洞中附着有硝酸锂的AAO模板)进行煅烧，形成呈多孔结构的纳米级铝酸锂。由此，该纳米级铝酸锂继承了AAO模板的多孔形貌，具有较大的比表面积，能够更好地与锂离子电池正极材料复合、充分地发挥铝酸锂功能。并且，该工艺简单、过程易控、成本低优点，为纳米多孔材料的制备提供了新方法。具体地，在本实施例中，具体执行如下步骤制得AAO模板：步骤1，根据电解池容积以及阳极、阴极的尺寸，确定制备500mL的电解液。以磷酸和乙醇的混合液作为电解液，电解液中，磷酸的浓度为0.3mol/L，根据选用磷酸的密度确定其具体体积值；乙醇与电解液的体积比为1:2，即选用250mL乙醇，然后加入适量去离子水，凑足500mL的电解液。步骤2，将500mL电解液置于烧杯(烧杯作为电解槽)中，然后将烧杯放置于控温循环油槽中，温度设为-5℃，在磁力搅拌器的搅拌作用下，使电解液与油浴的温度保持一致，即使得电解液的温度为-5℃。其中，磁力搅拌器的转子的转速为160-200r/min。步骤3，将铝板浸泡在丙酮中，以去除表面油脂；然后将铝板浸泡在浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液中，以去除表面氧化物；之后对铝板进行乙醇超声清洗，以使其表面光洁。最后，铝板的纯度为99.99％，厚度为0.2-0.4mm，宽度为2-3cm，侧表面面积为8cm2，其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米级铝酸锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将AAO模板在硝酸锂或醋酸锂的饱和溶液中进行真空浸渍，形成带有硝酸锂或醋酸锂的饱和溶液的AAO模板；S2、对带有硝酸锂或醋酸锂的饱和溶液的AAO模板进行冷冻；S3、对冷冻后的产物进行真空冷冻干燥；S4、对真空冷冻干燥后的产物进行煅烧，形成呈多孔结构的纳米级铝酸锂。

【技术特征摘要】
1.一种纳米级铝酸锂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将AAO模板在硝酸锂或醋酸锂的饱和溶液中进行真空浸渍，形成带有硝酸锂或醋酸锂的饱和溶液的AAO模板；S2、对带有硝酸锂或醋酸锂的饱和溶液的AAO模板进行冷冻；S3、对冷冻后的产物进行真空冷冻干燥；S4、对真空冷冻干燥后的产物进行煅烧，形成呈多孔结构的纳米级铝酸锂。2.根据权利要求1所述的纳米级铝酸锂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，将AAO模板浸入硝酸锂或醋酸锂的饱和溶液进行真空浸渍，真空度小于0.1Pa，真空浸渍时间为1.5-2.5h；在步骤S2中，冷冻时间为18-22h；在步骤S3中，温度低于-50℃，真空度小于5Pa，时间为35-40h；在步骤S4中，煅烧温度为550-650℃，煅烧时间为4.5-5.5h。3.根据权利要求1所述的纳米级铝酸锂的制备方法，其特征在于，步骤S1中采用的AAO模板由如下步骤制得：a、以铝板作为阳极、镍板作为阴极、磷酸和乙醇的混合液作为电解液，进行阳极氧化，铝板形成一次氧化产物；b、将一次氧化产物浸泡在铬酸溶液中，去除阳极氧化所产生的孔洞；c、以铬酸溶液浸泡后的一次氧化产物作为阳极、镍板作为阴极、磷酸和乙醇的混合液作为电解液，进行阳极氧化，铬酸溶液浸泡后的一次氧化产物形成二次氧化产物；d、将二次氧化产物放入饱和的氯化汞溶液中浸泡，去除二次氧化产物中位于中央位置的铝板，获得两侧的AAO模板坯料；e、分别用乙醇和去离子水冲洗一个或两个AAO模板坯料，并进行干燥，形成一个或两个AAO模板。4.根据权利要求3所述的纳米级铝酸锂的制备方法，其特征在于，在步骤c中，在完成预设时间的阳极氧化后，阶梯式降低电压，直至电流降至0后，结束步骤c。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗绍华，李俊哲，王志远，张俊，张亚辉，刘彩玲，黄红波，王庆，包硕，丁学勇，郝爱民，刘延国，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21