[发明专利]一种无机水溶液锂离子电池体系的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备方法，特别涉及一种无机水溶液锂离子电池体系的制备方法。

背景技术

作为一类新型锂离子二次电池，采用无机锂盐的水溶液代替传统锂离子电池的有机电解液，从根本上消除了因有机电解液与电极材料反应形成枝晶可能造成的燃烧、爆炸等安全隐患，在低电压电池(如铅酸电池、碱锰电池、镍镉电池、镍氢电池等)应用领域具有较大的竞争潜力。

关于钴酸锂、钒酸锂锂离子电池材料的制备方法已经有很多的文献报道，但是为获得分散性好、无团聚的电池材料，多采用化学共沉淀法、溶胶凝胶法、乳胶干燥法、超声波溅射法、高温分解法等。然而，这些方法的操作过程都比较复杂，尤其某些工艺不易控制，阻碍其产业化进程。最重要的是，不能实现连续的制备，制备过程会对环境会造成不同程度的污染。固相分段烧结法的优点在于无污染，反应温和，温度易于控制，粒子尺寸易于控制，反应过程对人体无毒害，反应体系中不含有毒成分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无机水溶液锂离子电池体系的制备方法。该方法的电解液廉价且离子电导率比有机电解液高两个数量级，水溶液锂离子电池对环境友好，是真正的绿色能源电池。

本发明的技术方案是这样实现的：

1)制备正极材料：

按摩尔比为(1.02～1.06)∶1称取Li₂CO₃和Co₂O₃原料，将称取的Li₂CO₃和Co₂O₃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，将其装入模具置于压样机中，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300-350℃，保温12-15小时；随炉冷却至室温；再以3-5℃·min^-1的升温速率加热到750-800℃，保温12-15小时；随炉冷却至室温，获得LiCoO₂样品；

2)制备负极材料：

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，将其装入模具置于压样机中，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LiV₃O₈样品；

3)电极片的制备工艺：

a.将合成的LiCoO₂样品或LiV₃O₈样品分别与乙炔黑混合，得到黑色粉末，然后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A，将黑色粉末与溶液A混合得到黑色浆料；

其中，LiCoO₂样品或LiV₃O₈样品分别与乙炔黑、聚偏二氟乙烯的质量比为80∶10∶10或者85∶10∶5；

b.将黑色浆料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LiCoO₂正极电极片或LiV₃O₈负极电极片；

4)以LiCoO₂电极片为水锂电正极，LiV₃O₈电极片为负极，装在20ml饱和LiNO₃电解液的烧杯中，其电解液的pH＝5-6，正负极片浸入，保持0.5-1cm的间距，即可获得无机水溶液锂离子电池体系。

所述的电阻丝卧式管式加热炉为Fe-Cr-Al丝加热体炉。