[發明專利]一種用于對稱型二次電池的過渡金屬層含鋰層狀電極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610438445.7
• 申請日: 2016-06-17
• 公開（公告）號: CN107516729B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 劉宇;張書明;楊建華;賀詩陽;夏驥;張娜
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種用于對稱型二次電池的過渡金屬層含鋰層狀電極材料及其制備方法和應用，所述過渡金屬層含鋰的層狀電極材料的通式為Na_xLi_yTi_zM_1?y?zO_2?δ，0.44≤x≤1.2，0＜y≤0.33，0.33≤z≤0.66，0.33＜y+z＜1，?0.1≤δ≤0.1，其中，M包括Mn³⁺、Mn⁴⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Cr³⁺、Al³⁺、V³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Nb³⁺、Nb⁴⁺中至少一種。本發明提供的方法即可以降低二次電池的成本，提高電池的長循環性能，同時又可以簡化二次電池的結構。

技術領域

本發明涉及能源材料技術領域。具體涉及一種過渡金屬層含鋰的層狀電極材料和它們的制備方法，以及這些電極材料的應用，例如同時用作正負極組裝對稱型鋰離子或鈉離子二次電池。

背景技術

隨著對能源需求的日益增長，探尋新的能源儲存系統來替代傳統燃料儲能已成為當今的一項挑戰。可再生能源收集和發電技術正處于高速發展，對中等規模的二次能源儲存存在相當大的需求。對于鉛酸電池，雖然其成本低、技術成熟，但由于大量使用對環境不友好的鉛和酸會導致嚴重的環境污染問題；另外，如果在中等充放電狀態或日常深度放電水平，則其性能會大大降低。對于鋰離子電池，雖然其性能優異，但由于鋰資源儲量有限、分布不均勻，導致其成本很高，很難大規模應用于儲能領域。對于鈉離子電池，雖然地殼中鈉元素含量豐富，但目前由于缺少性能好且廉價易得的正負極材料，導致其無法很好應用。因此，急切需要尋找和研發具有長壽命、低成本、環境友好的電極材料。

層狀過渡金屬氧化物，因其具有可逆的離子脫嵌能力，目前已被廣泛用作二次電池的正負極材料。例如，層狀Li_xCoO₂在20世紀90年代初被成功應用于手機電池中，后來人們又開始逐漸研究層狀三元材料LiCo_xNi_yMn_xO₂并將其應用于汽車動力電池中，但有限的鋰資源嚴重阻礙了其進一步發展。近年來，人們相繼研究了Na_xCoO₂、Na_xNiO₂、Na_2/3Co_2/3Mn_2/9Ni_1/9O₂、NaFe_1/3Mn_1/3Ni_1/3O₂、NaCo_1/3Mn_1/3Ni_1/3O₂等層狀氧化物用于鈉離子電池，但其循環穩定性不容樂觀，尚不能滿足實際需要。

由Wang等人于Nat.Commun.2013,4,2365報道了一種新的“零應變”層狀材料Na_0.66[Li_0.22Ti_0.78]O₂。在鈉離子電池中循環1000次后，該材料的容量只衰減了25％，表現出很好的循環穩定性，但是，這種材料只能作為負極使用。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種具有較好的循環穩定性，而且既能用作正極又能用作負極的電極材料。