[發明專利]一種無序巖鹽結構的鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710770702.1
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107546384B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 劉云建;征圣全;劉東明;范曉建;竇愛春;蘇明如
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
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本發明涉及鋰離子電池正極材料，特指一種鋰離子電池正極材料及其制備方法。按化學計量比稱取鋰鹽、鎳鹽和鉻鹽，將它們溶于無水乙醇中，配置金屬鹽溶液；接著，將絡合劑溶液在超聲外場作用下邊攪拌邊加入金屬鹽溶液邊進行反應，控制溫度在40?60℃，控制好絡合劑溶液的加入速度，使反應體系離子分散均勻。將反應后的溶液置于超聲外場下，攪拌均勻后，先加入乙酸溶液，再加入鈦鹽溶液，最后加入ZrO(C₃H₇)₄和MgF₂，繼續攪拌直至形成膠狀，干燥冷卻后得到干凝膠；接著，將干凝膠置于球磨罐中，進行球磨處理；最后將球磨處理后的干凝膠置于馬弗爐中煅燒得到樣品。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池，特指一種鋰離子電池正極材料及其制備方法，屬于新能源材料領域。

背景技術

鋰離子電池因為其能量密度高、循環性能好、綠色無污染等優點，自上個世紀90年代問世以后，就得到迅速發展，近年來電動汽車的快速發展，對鋰離子電池又提出了新的要求。

目前商業化的鋰離子電池正極材料主要是層狀有序的鎳、鈷、錳氧化物，以及磷酸鹽體系的正極材料，這些正極材料都有一個共同點，就是陽離子在晶格中是有序排列的，但是這一類的正極材料目前普遍存在著放電比容量低，能量密度低等其它缺點，不能完全滿足目前電動汽車對鋰離子電池正極材料的要求。

無序巖鹽結構正極材料早在多年前就被研究過，之前學者們認為陽離子混排或無序排列不利于鋰離子的遷移，并且放電容量低，不具備實際應用價值；2014年，美國MIT的Ceder等人研究發現，當無序巖鹽結構正極材料中的Li含量增加到一定程度后，無序巖鹽結構正極材料的電化學性能得到顯著提升，但是就目前報道的結果來看，無序巖鹽結構正極材料的電化學性能還存在著一些問題，例如充放電過程中存在氧溢出，表層鋰進入內部晶格，破壞逾滲網絡結構，電解液分解導致表面SEI膜過厚等問題，導致倍率性能較差，循環性能尚需提高等。

發明內容

本發明提供了一種新型的鋰離子電池用富鋰型無序巖鹽結構正極材料，分子式為Li_1+x/100Ni_1/2-x/120Ti_1/2-x/120Cr_x/150O₂/ZrO₂/MgF₂，0≤x≤20。

本發明還提供了一種上述正極材料的制備方法，具體的發明內容如下：(1)采用超聲外場輔助溶膠凝膠法制備無序巖鹽結構正極材料，所述正極材料的分子式為：Li_1+x/100Ni_1/2-x/120Ti_1/2-x/120Cr_x/150O₂/ZrO₂/MgF₂，0≤x≤20。

首先，按化學計量比稱取鋰鹽、鎳鹽和鉻鹽，將它們溶于無水乙醇中，配置金屬鹽溶液；接著，將絡合劑溶液在超聲外場作用下邊攪拌邊加入金屬鹽溶液邊進行反應，控制溫度在40-60℃，控制好絡合劑溶液的加入速度，使反應體系離子分散均勻。

所述的攪拌速度為100-400r/min；所述的攪拌時間為30-60min。

所述金屬鹽溶液中總金屬離子的濃度為0.01-0.25mol/L。

所述絡合劑為乙二醇、檸檬酸、酒石酸或三乙醇胺，絡合劑溶液濃度為0.03-1.125mol/L。

所述金屬鹽溶液與絡合劑溶液的體積比為1:1-1:2。

所述加入速度為每秒1滴。