一种海藻酸镁锂的制备方法及应用
阅读说明：本技术 一种海藻酸镁锂的制备方法及应用 (Preparation method and application of magnesium lithium alginate ) 是由 刘兴勇 徐涛 唐俊峰 刘双双 刘春苗 王清 孙暖暖 于 2020-12-21 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种海藻酸镁锂的制备方法及应用,包括以下步骤(1)褐藻碱消化制备海藻酸；(2)将海藻酸与一定比例的氢氧化锂、氢氧化镁同时发生液态中和反应,反应40-60min,调节溶液PH为5-6,离心、干燥、粉碎,制备的海藻酸镁锂,作为粘结剂和锂源,应用于锂离子电池正负极材料的制备,其中海藻酸镁锂用量为锂电池正负极材料重量的5％-20％。解决现有技术中海藻酸盐作为锂离子电池粘结剂存在的导电性不好、PH调节能力较差的技术问题。本发明制备工艺设计合理,制得的海藻酸镁锂能够提供锂源,导电性能显著提高,还可以调节正负极材料PH值。(The invention provides a preparation method and application of lithium magnesium alginate, which comprises the following steps of (1) preparing alginic acid by algin digestion; (2) alginic acid and lithium hydroxide and magnesium hydroxide in a certain proportion simultaneously undergo liquid neutralization reaction for 40-60min, the pH of the solution is adjusted to 5-6, and the solution is centrifuged, dried and crushed to prepare magnesium lithium alginate which is used as a binder and a lithium source and is applied to the preparation of positive and negative electrode materials of a lithium ion battery, wherein the dosage of the magnesium lithium alginate is 5-20% of the weight of the positive and negative electrode materials of the lithium ion battery. Solves the technical problems of poor conductivity and poor PH regulation capability of alginate used as a lithium ion battery binder in the prior art. The preparation process is reasonable in design, the prepared magnesium lithium alginate can provide a lithium source, the conductivity is remarkably improved, and the pH value of the anode material and the cathode material can be adjusted.)
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种海藻酸盐的制备方法及应用，具体涉及一种海藻酸镁锂的制备方法及应用。
背景技术
锂离子电池，是二次可逆电池。由于具有高比容量、高循环寿命、体小质轻、无记忆效应等优点，锂离子电池是目前综合性能最好的电池体系，也一直是最有效的储能设备之一。目前，它们已经广泛应用于各种便携式设备，电动汽车，军用材料和能源存储系统(ESS)等各个领域。
目前，电池的研究主要集中在电极的活性物质的制备方面，很少关注电极非活性成分，比如说粘结剂。目前许多研究表明电池的许多重要特性包括稳定性与不可逆容量的损失，很多程度上与粘结剂有关。粘结剂的主要作用包括保证活性物质制浆时的均匀性和安全性，对活性物质颗粒间起到粘结作用以及将活性物质粘结在集流体上，从而提高锂离子电池的循环稳定性能和倍率性能。对粘结剂的选择要求其在烘干过程中的具有热稳定性，能够被电解液润湿且不发生反应不易燃烧，具有较高的离子电子导电性，价格低廉用量少等。褐藻胶是海藻工业中产量最大，品种最多，用途最广的产品，褐藻胶包括水溶性海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸锂、海藻酸铵等碱金属盐类和水不溶性褐藻酸及其与二价以上金属离子结合的褐藻酸盐类。
海藻酸盐作为锂离子电池粘结剂，具有水溶无毒，不易降解，粘结力强。而且其极性强，有利于确保粘结剂与活性物质颗粒之间的作用及与铜箔底物的强烈吸附性。海藻酸盐的羧基是自然存在的，在分子中的分布比较均匀，也更有利于形成SEI膜。然而，水溶性海藻酸一价金属盐(包括海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸铵时)由于其单分子链结构，导电性不好，PH调节能力较差，无法达到理想要求。虽然根据现有技术申请号CN201810736285.3的“一种高能量锂电池负极浆料及其制备方法”的发明专利公开了“所述粘结剂为海藻酸钠，交联剂为含二价金属阳离子的水溶液，缓冲液为pH值为2-5”的技术方案，其中阳离子为钙离子和锶离子。虽然有一定作用，但是操作繁琐，且形成的海藻酸钙和海藻酸锶柔韧性不好，不能提供锂源，使用范围有一定局限性，只能用做负极极片的粘结剂。
发明内容
本发明提供了一种海藻酸镁锂的制备方法及应用，解决现有技术中海藻酸盐作为锂离子电池粘结剂存在的导电性不好、PH调节能力较差的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海藻酸镁锂的制备方法，包括以下步骤：
(1)褐藻碱消化制备海藻酸；
(2)将海藻酸与一定比例的氢氧化锂、氢氧化镁同时发生液态中和反应，反应40-60min，调节溶液PH为5-6，离心、干燥、粉碎，得到海藻酸镁锂，其中氢氧化锂、氢氧化镁的总重量为海藻酸重量的8％-16％。褐藻包括海带、巨藻或墨角藻属等。
作为优选，所述步骤(1)碱的质量百分数为15％—20％，消化温度为60-65℃。
作为优选，所述步骤(2)氢氧化锂、氢氧化镁的重量份数为2:8-8:2。
作为优选，所述步骤(2)氢氧化锂、氢氧化镁的重量份数为4:6。
作为优选，所述步骤(2)液态中和反应的溶剂为酒精水溶液，体积百分浓度为60％-85％。
还包括一种海藻酸镁锂的应用，海藻酸镁锂的制备方法步骤(2)所述的海藻酸镁锂作为粘结剂和锂源，应用于锂离子电池正负极材料的制备，其中海藻酸镁锂用量为锂电池正负极材料重量的5％-20％。
作为优选，所述锂电池正负极材料由正负极活性物质、导电剂、粘结剂、去离子水和集流体组成。
锂离子电池包括电池外壳和密封在外壳里的正负极极片、隔膜以及电解液。
锂电池负极材料为碳基和硅基材料，其中碳基材料包括人造石墨、天然石墨、中间相炭微球、碳纳米管、石墨烯、各种硬碳软碳等；硅基材料主要包括硅碳复合物等。正极材料是钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、镍锰酸锂(LiNi0.5Mn4O4)、镍钴锰(三元)酸锂、磷酸铁锂等中的一种。
具有如下有益效果：
本发明提供的是一种海藻酸镁锂的制备方法及应用，
(1)本发明所制备的天然高分子海藻酸镁锂粘结剂为一价海藻酸锂与二价海藻酸镁的复合物，具有无定型结构，能够提供力学强度，补充锂源，阻燃效果显著，而且分子间通过Mg2+连接，分子链顺柔，有利于电子传输。
(2)本发明所制备的天然高分子海藻酸镁锂粘结剂PH值为5-6，有利于调节正负极材料的酸碱性，防止其PH值因水系溶剂而导致过高，从而提高整体的电化学性能。
(3)本发明所制备的海藻酸镁锂能够提高粘合成膜作用，分散性良好，有利于确保粘结剂与活性物质颗粒之间的相互粘结作用及与铜箔或铝箔底物的强烈吸附性，而且可以提供锂源，还可以调节正负极材料PH值，避免因水作溶剂造成的PH升高问题。
综上，本发明提供的一种海藻酸镁锂的制备方法及应用，制备工艺设计合理，制得的海藻酸镁锂能够提供锂源，导电性能显著提高，还可以调节正负极材料PH值，解决了现有技术中海藻酸盐作为锂离子电池粘结剂存在的导电性不好、PH调节能力较差的技术问题。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
实施例1
制备海藻酸镁锂
褐藻碱消化制备海藻酸，碱的质量百分数为15％，消化温度为60℃；称取125g海藻酸与2g氢氧化锂、8g氢氧化镁同时发生液态中和反应，液态中和反应的溶剂为酒精水溶液，体积百分浓度为60％，反应40min，调节溶液PH为5-6，离心、干燥、粉碎，得到海藻酸镁锂。
称取8gLiNi0.5Mn4O4、1g导电剂、0.5g海藻酸镁锂，研磨均匀，加入去离子水混合均匀后，作为正极材料，称取8g硅碳材料、1g导电剂、0.5g海藻酸镁锂，研磨均匀，加入去离子水混合均匀后，作为负极材料，分别涂覆在铝箔和铜箔上，120℃真空烘干后制成直径为12mm的极片，转移至手套箱内组装成规格为2032的纽扣式电池。之后分别用电化学工作站和电池蓝电系统测试其电化学性能。
实施例2
褐藻碱消化制备海藻酸，碱的质量百分数为20％，消化温度为65℃；称取62.5g海藻酸与4g氢氧化锂、6g氢氧化镁同时发生液态中和反应，液态中和反应的溶剂为酒精水溶液，体积百分浓度为85％，反应60min，调节溶液PH为5-6，离心、干燥、粉碎，得到海藻酸镁锂。
称取8gLiNi0.5Mn4O4、1g导电剂、2g海藻酸镁锂，研磨均匀，加入去离子水混合均匀后，作为正极材料，称取8g硅碳材料、1g导电剂、2g海藻酸镁锂，研磨均匀，加入去离子水混合均匀后，作为负极材料，分别涂覆在铝箔和铜箔上，120℃真空烘干后制成直径为12mm的极片，转移至手套箱内组装成规格为2032的纽扣式电池。之后分别用电化学工作站和电池蓝电系统测试其电化学性能。
实施例3
褐藻碱消化制备海藻酸，碱的质量百分数为20％，消化温度为65℃；称取62.5g海藻酸与8g氢氧化锂、2g氢氧化镁同时发生液态中和反应，液态中和反应的溶剂为酒精水溶液，体积百分浓度为85％，反应60min，调节溶液PH为5-6，离心、干燥、粉碎，得到海藻酸镁锂。
称取8gLiNi0.5Mn4O4、1g导电剂、1g海藻酸镁锂，研磨均匀，加入去离子水混合均匀后，作为正极材料，称取8g硅碳材料、1g导电剂、1g海藻酸镁锂，研磨均匀，加入去离子水混合均匀后，作为负极材料，分别涂覆在铝箔和铜箔上，120℃真空烘干后制成直径为12mm的极片，转移至手套箱内组装成规格为2032的纽扣式电池。之后分别用电化学工作站和电池蓝电系统测试其电化学性能。
对比实施例1
褐藻碱消化制备海藻酸，碱的质量百分数为20％，消化温度为65℃；称取62.5g海藻酸与10g氢氧化锂发生液态中和反应，液态中和反应的溶剂为酒精水溶液，体积百分浓度为85％，反应60min，调节溶液PH为5-6，离心、干燥、粉碎，得到海藻酸锂。
称取8gLiNi0.5Mn4O4、1g导电剂、1g海藻酸锂，研磨均匀，加入去离子水混合均匀后，作为正极材料，称取8g硅碳材料、1g导电剂、1g海藻酸锂，研磨均匀，加入去离子水混合均匀后，作为负极材料，分别涂覆在铝箔和铜箔上，120℃真空烘干后制成直径为12mm的极片，转移至手套箱内组装成规格为2032的纽扣式电池。之后分别用电化学工作站和电池蓝电系统测试其电化学性能。
对比实施例2
褐藻碱消化制备海藻酸，碱的质量百分数为20％，消化温度为65℃；称取62.5g海藻酸与10g氢氧化镁发生液态中和反应，液态中和反应的溶剂为酒精水溶液，体积百分浓度为85％，反应60min，调节溶液PH为5-6，离心、干燥、粉碎，得到海藻酸镁。
称取8gLiNi0.5Mn4O4、1g导电剂、1g海藻酸镁，研磨均匀，加入去离子水混合均匀后，作为正极材料，称取8g硅碳材料、1g导电剂、1g海藻酸镁，研磨均匀，加入去离子水混合均匀后，作为负极材料，分别涂覆在铝箔和铜箔上，120℃真空烘干后制成直径为12mm的极片，转移至手套箱内组装成规格为2032的纽扣式电池。之后分别用电化学工作站和电池蓝电系统测试其电化学性能。
将实施例1、实施例2、实施例3与对比实施例1、对比实施例2的实验结果进行对比，主要包括首次放电容量，首次库伦效率，循环充放电500圈之后的容量保持率、电化学阻抗指标，结果见表1。
表1电化学性能实验结果
从表1可知，本发明保护的技术方案制备的海藻酸镁锂的电化学性能明显优于对比实施例1和2，其中实施例2的电化学综合品质最好，导电性强，阻抗小，寿命长，可见，本发明制备的海藻酸镁锂应用于锂电池正负极制备中，可以提供锂源，显著提高了锂电池的导电性能，延长了电池的寿命。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内作出的任何变化、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种高纯度的聚古罗糖醛酸的制备方法