[發明專利]一種新型鋰電池正極材料

在審

• 申請號: 201710442367.2
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107221658A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 陳義平;高小梅;夏則民;石林;孫燕瓊
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊,林捷

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種含V₆B₂₀簇化合物的新型鋰電池正極材料。

背景技術

鋰離子電池作為新一代的綠色儲能電池，包含工作電壓高，比容量大，循環性能優異，無記憶效應以及無污染等一系列優點。相對負極材料，鋰離子電池的正極材料比容量偏低，所以發展鋰離子電池的關鍵在于尋找更加優異的正極材料。正極材料的研究主要集中在第四周期的Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni這幾種可變價過渡金屬的鋰氧化合物上。正極材料經歷了從最開始的TiS₂、MoS₂等，到現在市場上常見的LiCoO₂、LiFePO₄，再到近來引起廣泛研究的磷酸釩鹽（如Li₃V₂(PO₄)₃、LiVPO₄F、LiVOPO₄）正極材料和三元混合材料。

多硼釩氧簇化合物由于含有可變價態的V，具有在電化學方面的廣泛應用。作為探索性試驗，本文將含有Li⁺的多硼釩氧簇化合物作為鋰離子正極材料研究其電化學性能。由于其結構特點作為正極材料有以下優點：1，V具有較高的氧化還原電位從而獲得高的工作電壓；2，多硼釩氧簇陰離子所帶負電荷高，可以容納大量的抗衡陽離子Li⁺，從而獲得高的比容量；3，多硼釩氧簇陰離子體積較大，容易形成較大的孔道，本發明所合成的化合物中存在直徑6 ?的孔道，有利于Li⁺的擴散，從而獲得好的倍率性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型的鋰電池正極材料及其制備方法，該鋰電池正極材料，具有優良的電化學性能，較高的首次充放電比容量，良好的離子電導率。本發明的原料相對廉價易得、制備方法簡單、材料結構清晰準確。

所述一種鋰電池正極材料，其是由以下質量分數的原料組分組成的：正極活性材料：80~85wt%，導電材料：10~15wt%，粘接材料：5~10wt%。其正極材料為[Li(H₂O)]₂{[Li(H₂O)]₃[V₆B₂₀O₃₉(OH)₁₁]}(H₂O)₂，導電材料為導電炭，粘接材料為N-甲基-吡咯烷酮。

所述正極材料的具體制備步驟為：

（1）正極活性材料的合成：稱取原釩酸鈉0.2196g，硼酸1.2006g，草酸0.3636g，乙酸銅0.1518g，氫氧化鋰0.1531g，加入6ml蒸餾水，攪拌混合均勻，然后緩慢滴加0.5ml乙二胺，置于磁力攪拌器上攪拌加熱，加熱至沸騰，當釜內溶液剩余2-3ml時停止加熱，使反應物充分溶解，趁熱將反應混合液移入23.00ml的聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在160 °C下恒溫120個小時。從烘箱中取出反應釜使其自然冷卻，24小時后抽濾得到綠色正六邊形的片狀晶體。(按釩計算其產率約為68%)。

（2）活性材料的預處理。將晶體材料研磨成粉末，并將粉末置于120 °C的真空干燥箱中干燥24小時，以便最大程度的去除材料中的水分。

（3）正極材料的制備。按照重量分數計，由以下組分按照所示比例制備而成，正極活性材料：80~85%，導電材料：10~15%，粘接材料：5~10%。所述正極材料為[Li(H₂O)]₂{[Li(H₂O)]₃[V₆B₂₀O₃₉(OH)₁₁]}(H₂O)₂，所述導電材料為導電炭，粘結材料為 N-甲基-吡咯烷酮。

本發明的顯著優點在于：

1：制備方法簡單。只需要將反應原料、蒸餾水以及有機配體置于反應釜中，

并將反應釜置于烘箱中，控制好反應的溫度以及時間，使得反應在較低的溫度下（160℃）下進行，最終得到反應產物。

2：原料豐富，容易獲取，而且價格較低，有應用潛力。

3：該正極材料具有較高的首次放電比容量(89.1 mAh/g) 。

附圖說明