[發(fā)明專利]一種單晶顆粒的制備方法及其在二次電池中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711423949.2
• 申請(qǐng)日: 2017-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108232186B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭玉國(guó);肖遙;張旭東;殷雅俠;石吉磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): H01M4/505
• 分類號(hào): H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

本發(fā)明公開(kāi)了一種制備單晶顆粒且粒徑大小可調(diào)控的方法及其作為二次電池材料的應(yīng)用。本發(fā)明所提供的制備方法至少包括：配制出一定濃度的堿金屬鹽(堿土金屬鹽)和過(guò)渡金屬鹽以及酸化處理的單體混合溶液，然后進(jìn)行充分的攪拌和加成熱聚合反應(yīng)，再將熱聚合體積膨脹后的粉體進(jìn)行燒結(jié)即可得到所述材料。該制備方法能夠保證成品是單晶顆粒且元素均勻分布，工藝流程簡(jiǎn)單而且降低了煅燒溫度，原料易得，適宜大規(guī)模生產(chǎn)，電化學(xué)性能優(yōu)異，實(shí)用化程度高，有較好的工業(yè)應(yīng)用的前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源材料制備和電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種粒徑大小可調(diào)控的單晶顆粒的合成方法及其作為二次電池的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

科技社會(huì)的發(fā)展對(duì)計(jì)算機(jī)，通信和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的使用要求不斷提高，傳統(tǒng)的化學(xué)電源(鉛酸電池、鐵鎳電池、堿性電池和鎳氫電池等)已不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的生活需求。另外，交通工具采用電動(dòng)或者混合動(dòng)力代替燃油氣型交通設(shè)備可以有效解決能源危機(jī)及環(huán)境污染等問(wèn)題。所以研發(fā)具有高比能量、高功率密度、環(huán)保且低成本化學(xué)電源已成為電池行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。鋰離子二次電池因其高開(kāi)路電壓、高能量密度、長(zhǎng)使用壽命、放電電壓穩(wěn)定、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染及自放電率低等優(yōu)點(diǎn)在二十世紀(jì)末得到了快速發(fā)展，已成為小型電池領(lǐng)域的首選，同時(shí)有望應(yīng)用于純電動(dòng)汽車(EV)及混合動(dòng)力汽車(HEV)等高容量、高功率密度型動(dòng)力電池中。另外鈉元素在地殼中的豐度為2.3-2.8％，使得鈉離子電池非常廉價(jià)，能用于大規(guī)模儲(chǔ)能裝置。所以對(duì)二次電池的研究和開(kāi)發(fā)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的發(fā)展前景。

目前合成二次電池電極材料的方法主要包括固相法、液相法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法、熔鹽法和聚合物模板法等。固相法操作簡(jiǎn)單，但是混料不均勻，產(chǎn)品顆粒比較大而且粒徑分布范圍寬，所需煅燒溫度高。然而為了獲得較好的電化學(xué)性能，所合成的目標(biāo)材料一般具備粒徑均一，元素分布均勻，晶體結(jié)構(gòu)完整的特點(diǎn)；中國(guó)專利200410041015.9中采用液相法采用Co-60作放射源，通過(guò)γ射線輻射并引發(fā)溶液中的聚合物單體聚合得到混合均勻的高分子凝膠，顯著降低燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)的時(shí)間，但是成本較高，潛在的危險(xiǎn)性較大；共沉淀法是常采用的合成方法，但是工藝復(fù)雜且調(diào)節(jié)控制比較嚴(yán)格；溶膠-凝膠法具有合成溫度低，粒徑均勻的優(yōu)點(diǎn)，但是不利于工業(yè)化的生產(chǎn)，耗能較高；水熱法可以制備得到特殊形貌的材料，而且電化學(xué)性能較好，但設(shè)備要求高，不利于連續(xù)化生產(chǎn)；熔鹽法制備的材料結(jié)晶度高，但是工藝流程長(zhǎng)，且耗水量大。另外，中國(guó)專利200910052490.9中采用聚合物作為模板劑的合成錳酸鋰正極材料，但是所得到材料的粒徑范圍為10nm-800nm，分布較寬。所以目前亟需一種操作安全簡(jiǎn)單，成本較低，具有普適性的合成方法制備出粒徑大小分布均勻，純度高且性能優(yōu)異的單晶二次電池電極材料。

現(xiàn)有技術(shù)1：CN104302390A，20150121

公開(kāi)了一種金屬氧化物復(fù)合物及其成型方法,其中具體公開(kāi)了采用金屬氧化物、單體、分散劑生成漿料，進(jìn)行聚合得到復(fù)合物凝膠、進(jìn)一步煅燒得到金屬氧化物復(fù)合物。其中背景技術(shù)第【0013】、【0014】段提出聚合-煅燒法制備金屬氧化物用于固態(tài)氧化物燃料電池方面的應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)2：CN101567440A，20091028

公開(kāi)了一種鋰離子電池錳酸鋰正極材料的制備方法，將前驅(qū)體與聚合物混合后，煅燒去除聚合物模板得到相應(yīng)的金屬氧化物；其中聚合物模板包括如聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等。

現(xiàn)有技術(shù)3：CN103515585A，20140115

公開(kāi)了一種鋰二次電池用正極材料，其中具體為鋰過(guò)渡金屬氧化物，主要著重研究在燒成程序中加入Na化合物，而進(jìn)行鈉離子摻雜，討論摻雜含量對(duì)電池性能的影響。

現(xiàn)有技術(shù)4：CN104507865A，20150408

公開(kāi)了一種多晶鋰錳氧化物正極活性材料，其中采用硼涂覆層進(jìn)行改性抑制正極活性物質(zhì)與電解液之間的副反應(yīng)。