含B、V、O簇化合物的新型锂电池正极材料制造技术

本发明专利技术属于材料技术领域，具体涉及一种含B、V、O簇化合物的新型锂电池正极材料。所述正极材料由以下质量分数的原料组分组成的：正极活性材料：80~85wt%，导电材料：10~15wt%，粘接材料：5~10wt%；其中正极活性材料为{[Li(H2O)2]3[V12B18O42(OH)18(H2O)]}2·11(OH)·12(H2O)；本发明专利技术利用水热合成法一步直接得到了一种结构新颖的锂电池正极材料，该正极材料具有较高的首次放电比容量和良好的循环性能，且备方法简单，原料来源丰富，同时价格低廉，具有很好的应用前景。

Novel cathode materials for lithium batteries containing B, V and O cluster compounds

The invention belongs to the field of material technology, in particular relates to a novel lithium battery cathode material containing B, V and O cluster compounds. The cathode material is composed of raw materials the following components: the mass fraction of positive active material: 80~85wt%, conductive material: 10~15wt%, bonding material: 5~10wt%; the cathode active material is {[Li (H2O) 2]3[V12B18O42 (OH) 18 (H2O)]}2 11 (OH), 12 (H2O); the present invention step from a novel lithium battery cathode material by hydrothermal synthesis method, the first discharge cycle performance of the cathode material has high specific capacity and good, and has the advantages of simple preparation method, abundant raw materials, low price and has good application prospects.

【技术实现步骤摘要】
含B、V、O簇化合物的新型锂电池正极材料
本专利技术属于材料
，具体涉及一种含B、V、O簇化合物的新型锂电池正极材料。
技术介绍
能源问题一直是全球共同关注的最为核心的问题之一，近年来，传统能源的过渡消耗导致环境污染问题(比如酸雨、温室效应等)日趋恶化。开发和研究新能源替代传统能源是缓解环境污染和能源浪费的主要途径之一。但是随着锂离子电池的用量逐渐的增多，过时的锂离子电池材料已经不能满足现代社会变化的需求，由于锂电池具有自身不可克服的缺陷，例如：低温下电池性能明显恶化，放电平台下降、输出功率减小、可用电量衰减等。在当今社会对新能源高需要和高要求的情况下，锂离子电池的研究进展还有代提高和改善。所以，需要探究出全新的合成途径，获得结构新颖的锂电池正极材料，寻求突破现有正极材料合成方法的定性思维，已经成为业界普遍关注的问题之一。通过探索性实验，我们发现多钒硼氧簇化合物在电化学性质方面具有潜在的应用，化合物1具有作为锂离子电池正极材料的条件具有以下的优点：1.富含有锂离子；2.具有可变价态的过渡金属离子(混合价态的V元素，同时拥有V4+和V5+价态)，利于电化学反应中氧化还原的循环过程；3.由于B、V、O可以构成的结构丰富多样同时拥有较大孔洞的框架结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的锂电池正极材料及其制备方法，该锂电池正极材料，具有良好的电化学性能，如较高的首次充放电比容量，良好的离子电导率。本专利技术的样品相对廉价易得且制备方法简单快速，同时能够清晰准确地测得正极材料的结构。所述一种含B、V、O簇化合物的新型锂电池正极材料，其是由以下质量分数的组分组成的：正极活性材料：80~85wt%，导电材料：10~15wt%，粘接材料：5~10wt%，其中正极活性材料为{[Li(H2O)2]3[V12B18O42(OH)18(H2O)]}2·11(OH)·12(H2O)，导电材料为乙炔黑，粘结材料为N-甲基吡咯烷酮(NMP)。所述正极材料的具体制备步骤为：(1)正极活性材料的合成：称取偏钒酸铵0.1210g(1.03mmol)，硼砂0.1890g(0.50mmol)，氯化锂0.3670g(5.32mmol)，乙二胺(en)0.2ml(3.00mmol)，放入反应釜的内衬中，再加入2.0ml蒸馏水使其溶解，搅拌30min后，滴加氨水调节pH值至8.6。将最后将调配好的混合液放入耐高温的反应釜中，于温度为150摄氏度恒温箱的中反应120h后，冷却后抽滤；得到得深红色的针状的单晶化合物；(2)正极活性材料的预处理：将步骤（1）制得的晶体研磨成细沙状粉末，并将研磨后的粉末置于120℃的真空干燥箱中干燥24小时，以便最大程度的除去材料中所含有的水分。(3)正极材料的制备：称取正极活性材料、导电材料、粘接材料；混合均匀后涂于正极材料铝片上。本专利技术的显著优点在于：1：制备方法简单。只需要将反应原料、蒸馏水以及有机配体置于反应釜中，并将反应釜置于烘箱中，控制好反应的温度以及时间，使得反应在较低的温度下（150℃）和适当的压力下进行，最终得到反应产物。2：原料来源丰富、同时价格低廉。材料中的组成元素都是自然界中含量丰富的元素。3：该正极材料具有较高的首次放电比容量(50.8mAh/g)、良好的循环性能。附图说明图1是化合物{[Li(H2O)2]3[V12B18O42(OH)18(H2O)]}2·11(OH)·12(H2O)的晶体结构图。图2是化合物{[Li(H2O)2]3[V12B18O42(OH)18(H2O)]}2·11(OH)·12(H2O)的红外谱图。图3是化合物{[Li(H2O)2]3[V12B18O42(OH)18(H2O)]}2·11(OH)·12(H2O)的紫外可见固体漫反射光谱图。图4是化合物{[Li(H2O)2]3[V12B18O42(OH)18(H2O)]}2·11(OH)·12(H2O)的热重分析谱图。图5是电池的伏安曲线。图6是电池的首次充放电循环曲线。图7是电池的充放电曲线。图8是电池的交流阻抗曲线。具体实施方式为进一步公开而不是限制本专利技术，以下结合实例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1所述新型锂离子电池正极材料制备方法，包括如下步骤：(1)：正极活性材料的合成：称取偏钒酸铵0.1210g(1.03mmol)，硼砂0.1890g(0.50mmol)，氯化锂0.3670g(5.32mmol)，乙二胺(en)0.2ml(3.00mmol)，放入反应釜的内衬中，再加入2.0ml蒸馏水使其溶解，搅拌30min后，滴加氨水调节pH值至8.68左右。将最后将调配好的混合液放入耐高温的反应釜中，于温度为150°C恒温箱的中反应120h后，冷却后抽滤。采取此实验方法同样能够获得深红色的针状的单晶化合物(按钒计算产率约为78%)。(2)：正极活性材料的预处理。将晶体材料研磨成细沙状粉末，并将研磨后的粉末置于120°C的真空干燥箱中干燥24小时，以便最大程度的除去材料中所含有的水分。(3)：正极材料的制备。按照质量百分数统计，由以下组分按照所示质量比重制备而成，活性材料：80~85wt%，导电材料：10~15wt%，粘接材料：5~10wt%。正极材料为{[Li(H2O)2]3[V12B18O42(OH)18(H2O)]}2·11(OH)·12(H2O)。导电材料为乙炔黑。应用：以实施例1制得的样品为正极材料、锂片为负极，以1mol.L-1的LiPF6为电解液，组装成纽扣式电池。活性物质的单晶衍射解析X-射线单晶衍射法是目前测定单晶结构最常用且有效的方法。本专利技术化合物是在福州大学物理化学国家重点学科公共测试中心的RigakuR-Axis-ParidWeissenbergeIP衍射仪上，于293(2)K温度下，采用石墨单色化的Mo靶Kα射线(λ=0.71073Å)以ω-2θ扫描方式在一定范围内进行晶体晶胞参数的测定和衍射强度数据的收集。选择I>2σ(I)的独立衍射点，用于单晶结构解析。活性物质的谱学和热稳定性（1）红外光谱表征红外光谱是在室温下使用我校物理化学重点学科的ThermoScientificNicoletiS50FT-IR光谱仪上测定的，采取KBr压片为背景，扫描范围为400-4000cm-1，扫描次数32次。从图2可以看出，3410cm-1附近出现的宽吸收峰归属于νas(O-H)振动吸收峰。1631cm-1处出现的峰归属于δ(O-H)振动吸收峰，1360cm-1和1049cm-1的吸收峰分别归属于BO3中的ν(B-O)键的振动吸收峰和BO4四面体中的δ(B-O)的振动吸收峰，938cm-1处出现的峰归属于ν(V=Ot)振动吸收峰，794cm-1、660cm-1分别归属于νas(V-Oμ)反对称伸缩振动吸收峰和νs(V-Oμ)对称伸缩振动吸收峰。（2）紫外可见固体漫反射光谱表征UV-DRS是在福州大学国家化肥催化剂研究工程中心的Perkin-ElmerLambda900型紫外-可见光谱仪测试得到，扫描波长范围为200-800nm。从图3可以看出，在257nm和325nm处所呈现的吸收峰都属于Oμ→V之间的荷移跃迁，在554nm处呈现陡峭的吸收峰属于V(IV)的d-d跃迁，在736nm处呈现小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含B、V、O簇化合物的新型锂电池正极材料，其特征在于：由以下质量分数的原料组分组成的：正极活性材料：80~85wt%，导电材料：10~15wt%，粘接材料：5~10wt%；其中正极活性材料为{[Li(H2O)2]3[V12B18O42(OH)18(H2O)]}2 ·11(OH)·12(H2O)；导电材料为乙炔黑；粘结材料为N‑甲基吡咯烷酮。

【技术特征摘要】
1.一种含B、V、O簇化合物的新型锂电池正极材料，其特征在于：由以下质量分数的原料组分组成的：正极活性材料：80~85wt%，导电材料：10~15wt%，粘接材料：5~10wt%；其中正极活性材料为{[Li(H2O)2]3[V12B18O42(OH)18(H2O)]}2·11(OH)·12(H2O)；导电材料为乙炔黑；粘结材料为N-甲基吡咯烷酮。2.一种制备如权利要求1所述含B、V、O簇化合物的新型锂电池正极材料的方法，其特征在于：具体制备步骤为：(1)正极活性材料的合成：称取偏钒酸铵、硼砂、氯化锂和乙二胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈义平，黄梦梦，石林，黄梅清，孙燕琼，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35