[发明专利]磷酸锰铁锂组装水溶液锂离子电池的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备及其在动力用锂离子电池体系中的应用，特别涉及一种高功率、高安全性、动力用水溶液锂离子电池体系的组装方法。

背景技术

作为一种新型动力用锂离子二次电池，采用无机水溶液代替传统锂离子电池的有机电解液，一是从根本上消除了因有机电解液与电极材料反应可能造成的燃烧、爆炸等安全隐患，二是水溶液电解液的导电率比有机电解液高出两个数量级，在动力用能源领域具有较大的竞争潜力。

关于磷酸锰铁锂材料用于传统锂离子电池材料的制备方法已经有很多的文献报道，但是用于水溶液锂离子电池体系的报道甚少。溶胶凝胶法和固相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。除此之外，磷酸锰铁锂材料组装水溶液锂离子电池的电化学性能几乎未见报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种磷酸锰铁锂组装水溶液锂离子电池的方法。该水溶液锂离子电池对环境友好，是真正的绿色能源电池，其在高功率、高安全性和动力用领域中具有应用潜力。

本发明的技术方案是这样实现的：

1)制备磷酸锰铁锂LiFe_XMn_1-XPO₄正极材料：

采用溶胶凝胶法制备LiFe_XMn_1-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固体按(X∶1-X)(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LiFe_XMn_1-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LiFe_XMn_1-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LiFe_XMn_1-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LiFe_XMn_1-XPO₄正极电极片和LiV₃O₈负极电极片；

4)配制水溶液电解液：