[發明專利]MOF表面改性納米片結構三元正極材料的制備方法及其產品和應用

在審

• 申請號: 201711056868.3
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107887599A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 何丹農;吳曉燕;張芳;段磊;李敏;金彩虹
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M4/36;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司31208
• 代理人: 董梅

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料的制備方法，特別是涉及一種MOF表面改性納米片結構三元正極材料的制備方法及其產品和應用。

背景技術

鋰離子二次電池作為高比能量化學電源已經廣泛應用于移動通訊、筆記本電腦、攝像機、照相機、便攜式儀器儀表等領域，迅速發展成為目前最重要的二次電池之一。鋰離子電池作為最新一代的綠色高能蓄電池，于20世紀90年代初迅速發展起來，鋰離子電池因其電壓高、能量密度高、循環壽命長、環境污染小等優點倍受青睞。

由于三元材料LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂（簡稱NCM，其中0<x<1, 0<y<1）具有優于磷酸亞鐵鋰和鈷酸鋰的特性，并且根據調節鎳、鈷、錳的比例，可以制備出不同性能的三元電極材料。NCM改善了材料的結構穩定性、提高了材料的充放電循環穩定性和高溫穩定性，最大程度上發揮了其優異的電化學性能。

金屬一有機框架材料(MOF)是近些年來發展迅速的一種配位聚合物，具有三維的孔結構，一般以金屬離子為連接點，有機配位體支撐構成空間3D延伸，是沸石和碳納米管之外的又一類重要的新型多孔材料，在催化、儲能和分離中都有廣泛應用。目前，MOF已成為無機化學、有機化學等多個化學分支的重要研究方向。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明目的在于：提供一種MOF表面改性納米片結構三元正極材料的制備方法。

本發明的再一目的在于：提供上述方法制備的MOF表面改性納米片結構三元正極材料產品。

本發明的又一目的在于：提供上述產品的應用。

本發明目的通過下述方案實現：一種MOF表面改性納米片結構三元正極材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將0.2~0.4 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于60~120 mL有機溶劑中，形成透明溶液，將該溶液磁力攪拌2~4 h，至溶液混合均勻；

（2）然后將1 mmol鋰鹽、（1-x-y）mmol鎳鹽、x mmol鈷鹽和y mmol錳鹽加入上述溶液中，將該溶液磁力攪拌30~60 min，將其轉入反應釜中，160~180℃反應12~15 h，自然冷卻；

（3）將上述沉淀物離心、乙醇洗滌3~5次，在60~80℃烘干20~24 h，然后將烘干后的沉淀物以1~2℃/min的升溫速率在600~800℃煅燒5~10 h，得到納米片結構三元材料產物A；

（4）將納米片狀三元材料與四水氯化錳和2，5-二羥基對笨二甲酸溶于二甲基甲酰胺（DMF）-乙醇-去離子水中，其中，三者體積比為15：1：0.5~1，將該溶液轉移至反應釜，60~80℃反應2~4 h，冷卻至室溫后過濾，用DMF洗滌3次，50℃真空干燥12~15 h，然后180~200℃煅燒5~8 h，得最終產物MOF表面改性納米片結構三元正極材料。

本發明通過兩步溶劑熱法制備MOF表面改性的納米片結構三元材料。首先通過溶劑熱制備納米片結構三元材料，然后再通過溶劑熱進行MOF的表面改性，納米片結構和MOF的表面改性可以提高材料的電化學性能。

所述的有機溶劑為乙二醇或是丙三醇中的一種或其組合。

所述的鋰鹽為硝酸鋰、醋酸鋰、檸檬酸鋰、甲酸鋰或乳酸鋰中的一種或其組合。

所述的鎳鹽為硝酸鎳、醋酸鎳或草酸鎳中的一種或其組合。

所述的鈷鹽為硝酸鈷、醋酸鈷或草酸鈷中的一種或其組合。

本發明還提供一種MOF表面改性納米片結構三元正極材料，根據上述任一所述方法制備得到。

本發明又提供一種MOF表面改性納米片結構三元正極材料作為鋰離子電池正極材料的應用。

本發明優越性在于：通過兩步溶劑熱法制備MOF表面改性的納米片結構三元材料。首先通過溶劑熱制備納米片結構三元材料，然后再通過溶劑熱進行MOF的表面改性，納米片結構和MOF的表面改性可以提高材料的電化學性能。

附圖說明

圖1為實施例1MOF表面改性納米片狀LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料的XRD圖；

圖2為實施例2MOF表面改性納米片狀LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料的倍率性能圖。

具體實施方式