磷酸锰铁锂组装水溶液锂离子电池的方法

摘要

本发明公开了磷酸锰铁锂电极材料组装水溶液锂离子电池体系的方法，用磷酸锰铁锂电极材料作为正极活性材料；用除氧后的饱和硝酸锂水溶液，替代传统锂离子电池中的有机电解液设计新型锂离子电池；用溶胶凝胶法和固相烧结法制备磷酸锰铁锂正极材料，采用固相分段法制备钒酸锂负极材料。与传统锂离子电池相比，水溶液锂离子电池彻底解决了安全隐患，不必在苛刻的真空环境、干湿度严格控制及其保护气氛下组装电池，水溶液锂离子电池的电解液廉价且其离子电导率比有机电解液高出两个数量级。本发明的水溶液锂离子电池在高倍率下的放电容量高于低倍率下的放电容量，适于动力电池在高功率领域和快速充放电条件下的应用，具有实用价值。

主权项

磷酸锰铁锂材料组装水溶液锂离子电池的方法，其特征在于：1)制备磷酸锰铁锂LiFeXMn1‑XPO4正极材料：采用溶胶凝胶法制备LiFeXMn1‑XPO4，具体工艺如下：先将10毫升的乙醇加入到三颈烧瓶中，通入氮气，在温度控制范围为35‑40℃下，进行磁力搅拌，形成溶液A；20分钟后，将氯化亚铁和氯化亚锰按X∶1‑X，0＜X＜1摩尔比加入溶液A中，搅拌3小时，形成溶液B；将1摩尔/升的五氧化二磷的乙醇溶液10毫升加入溶液B中，搅拌3小时，形成溶液C；在溶液C中加入乙酸锂乙醇溶液10毫升，搅拌2小时，形成溶液D；在溶液D中加入1摩尔/升的柠檬酸乙醇溶液10毫升，搅拌12小时，形成溶液E；然后将溶液E的温度升高至70‑80℃，使其中的乙醇蒸发，形成干凝胶；将干凝胶置于瓷舟，放入Fe‑Cr‑Al丝电阻丝炉中，以1‑5℃·min‑1的升温速率加热到450‑650℃，保温3‑6小时；然后随炉冷却至室温，在玛瑙研钵内研磨获得LiFeXMn1‑XPO4样品；2)制备钒酸锂负极材料：选取Li2CO3和V2O5为原料，按照(1.02～1.06)∶3摩尔比称样，将上述原料放入球磨罐，装入玛瑙研磨球，球磨20‑24小时，获得混合粉末，在15‑20MPa的压强下，保压10‑15分钟，脱模获得圆柱块；将获得的圆柱块置于瓷舟中，放入电阻丝卧式管式加热炉，采用下述煅烧过程：以3‑5℃·min‑1的升温速率加热到650‑680℃，保温10‑12小时；随炉冷却至室温；再以3‑5℃·min‑1的升温速率加热到300‑350℃，保温8‑10小时；随炉冷却至室温，获得钒酸锂LiV3O8样品；3)制备电极片：a.按质量百分比为80∶10∶10或者85∶10∶5称取LiFeXMn1‑XPO4、乙炔黑、聚偏二氟乙烯；b.将聚偏二氟乙烯溶解在除水的N‑甲基吡咯烷酮中，得到溶液P1；c.将LiFeXMn1‑XPO4和乙炔黑混合，加入到溶液P1中，得到黑色浆料Q1；d.按质量百分比为80∶10∶10或者85∶10∶5称取LiV3O8、乙炔黑、聚偏二氟乙烯；e.将聚偏二氟乙烯溶解在除水的N‑甲基吡咯烷酮中，得到溶液P2；f.将LiV3O8和乙炔黑混合，加入到溶液P2中，得到黑色浆料Q2；g.分别将黑色浆料Q1、Q2用刮粉刀涂在镍网上，在真空条件下85‑100℃干燥8‑10小时，分别得到LiFeXMn1‑XPO4正极电极片和LiV3O8负极电极片；4)配制水溶液电解液：将LiNO3溶解在去离子水中得到饱和硝酸锂溶液H，然后用饱和氢氧化锂LiOH水溶液来调节溶液H的pH值＝7，作为电解液；5)组装电池：以LiFeXMn1‑XPO4电极片为正极，LiV3O8电极片为负极，装在20‑30毫升电解液的烧杯中，正、负极片分别浸入电解液，保持0.5‑1cm的间距，获得水溶液锂离子电池体系。