[发明专利]一种含锂的铅氧化物储能材料的制备方法

说明书

 

技术领域

    本发明涉及一种含锂的铅氧化物储能材料的制备方法，属于能源材料技术领域。

背景技术

目前，相对成熟的锂离子二次电池活性物质主要有LiCoO₂, LiMn₂O₄, LiFePO₄，LiNiO₂等等， 经过长期的研究发现，以上各储能材料具有不同的优缺点， 如LiCoO₂电化学性能优良，但价格昂贵；LiMn₂O₄价格低，但性能欠佳；LiFePO₄价格适中，但批次生产不稳定，等等。为了完善不同材料的性能，科研工作者们在改善材料各自缺点同时，也在努力寻求着更好的替代材料。铅氧化物尤其是二氧化铅在传统的铅酸蓄电池中作为正极材料被广泛应用。含锂的铅氧化物与铅酸锂晶体（铅酸锂的理论比容量为99.8mAh/g）结构接近，虽然结晶度较低，有序性待提高，但锂离子在其中的电化学脱嵌过程的可逆性高。此种含锂铅氧化物具有制备成本低廉、安全性高、生产工艺简单、循环性好等优点，有可能成为锂离子型的储能材料被广泛使用，通过适当的性能改进，有可能成为锂离子二次电池活性物质。但调研显示，未见将锂离子与氧化铅结合在一起，制备成准铅酸锂的储能材料的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种含锂的铅氧化物储能材料的制备方法。通过对产品的表征和测试，发现该含锂的铅氧化物储能材料有着相对稳定的充放电性能和容量，是一种潜在的储能材料和二次电池活性材料。

    本发明解决其技术问题采取的技术方案如下：一种含锂的铅氧化物储能材料的制备方法，包括以下步骤：

   （1）原料预混   

将碳源、锂源、铅源和二次蒸馏水按（2～5）：（1～6）：（1～2）：（80～120）的物质的量比混合； 

   （2）烘干

    将混合物在烘箱中于60～160℃进行烘干，时间5～10小时；

   （3）焙烧、压片

    将干燥产物置于高温炉中，于250～450℃恒温焙烧3-5h，冷却至室温后，将得到的粉末压成片状；

   （4) 煅烧

将步骤（3）得到的片状固体产物置于密封的反应器中，在600～900℃之间焙烧1～18个小时，粉碎、研磨后得到含锂的铅氧化物储能材料；

所述制备方法中，碳源选自碳黑、乙炔黑、石墨、葡萄糖、环糊精中的一种或几种；

锂源为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂、磷酸锂、磷酸氢锂、磷酸二氢锂和氯化锂中的一种或几种；

铅源选自硝酸铅、磷酸铅、碳酸铅中的一种或几种；

    所述制备方法中，将碳源、锂源和铅源在二次水中混合时，磁力搅拌2～6小时充分混合。

本发明取得的有益效果如下：（1）在整个制备过程中没有有害气体或其它具有刺激性气味的气体释放，简化生产设备，降低生产成本；（2）本发明制备出的含锂的铅氧化物储能材料具有类似于二次电池活性材料的性能且产品性能稳定；（3）本发明是将锂离子与氧化铅二者结合制备出的新的储能材料。该发明产品虽然容量较低，但可适用到合适的储电储能领域，同时本产品生产工艺具备设备投入少、工艺流程简化、原料价格低廉等优点，容易实现工业化生产。

附图说明

图1为实施例1制备的含锂的铅氧化物的X射线衍射(XRD)图。

图2为实施例1制备的含锂的铅氧化物的扫描电子显微镜(SEM)图。

图3为实施例1制备的含锂的铅氧化物在0.1C倍率下的充放电曲线。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明。

实施例1  

将3.31g硝酸铅、0.24g葡萄糖和0.72g氢氧化锂在二次蒸馏水中混合均匀。混合产物置于鼓风干燥箱中，以150℃干燥。将干燥产物置于高温炉中，以14℃/min加热速率升温于300℃恒温焙烧3h，然后以10℃/min降温速度冷却至室温，制得粉末后进行压片，将片重新置于高温炉中，以14℃/min加热速率升温于700℃恒温焙烧5h， 产物经研磨后制得含锂铅氧化物粉末。图1X射线衍射分析结果表明，所制得的含锂铅氧化物粉末并没有相对规整的结构，谱图中存在杂质峰，产物纯度不高。图2是含锂铅氧化物粉末放大3万倍的电子显微镜照片，产物为片状，结构有序性较差。