[發(fā)明專利]一種以MOF為碳源的碳包覆高容量富鋰錳基三元正極材料以及制備方法

有效

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• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109742349B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 黎陽;朱寬;王亞麗;謝華清
• 申請（專利權(quán)）人: 上海第二工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 王潔平

本發(fā)明公開了一種以MOF為碳源的碳包覆高容量富鋰錳基三元正極材料以及制備方法。本發(fā)明的制備方法的具體步驟如下：（1）將含鋰溶液加入到含有錳鹽、鎳鹽、鈷鹽和過硫酸銨的混合溶液中，經(jīng)攪拌混合，再置于水熱釜中進行水熱反應；水熱反應結(jié)束后，抽濾、洗滌、干燥得到三元富鋰錳基材料；（2）將三元富鋰錳基材料通過球磨法與以金屬有機框架化合物MOF為主要成分的碳源混合球磨，球磨結(jié)束后，干燥，對得到的樣品進行熱處理，得到以MOF為碳源的碳包覆高容量富鋰錳基三元正極材料。本發(fā)明方法合成的三元富鋰正極材料首次放電容量高、循環(huán)性能好。

技術領域

本發(fā)明涉及到一種以MOF為碳源的碳包覆高容量富鋰錳基三元正極材料以及制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

隨著社會發(fā)展，高能量密度，高循環(huán)性能，高安全性的可移動便攜式儲能裝置越來越受到人們關注，在航空航天領域、交通領域以及軍事領域越來越顯的尤為重要，特別是近年來，隨著環(huán)境污染加重和能源緊缺，傳統(tǒng)能源汽車正逐步退出歷史舞臺，隨之而來的是可充電新能源汽車不斷發(fā)展，但也帶來一系列問題，續(xù)航里程不足，使用壽命差，充電時間長和安全性問題。

汽車領域是推動便攜式儲能裝置發(fā)展的根本動力，目前電動汽車所使用的儲能裝置主要是鋰離子電池，而正極材料決定鋰離子電池容量和能量密度，直接影響到汽車的續(xù)航里程。故找到一種具有較高容量、較好循環(huán)性能和安全性能的正極材料顯得尤為重要。目前鋰離子電池正極材料主要使用的有LiCoO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄和LiMO₂(M=Ni CoMn)，其中LiCoO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄能量密度低，循環(huán)性能也較差，鈷金屬相對較貴。其中具有橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO₄循環(huán)性能相對較好，具有較好商業(yè)化應用，但其可逆容量較低。

目前具有層狀結(jié)構(gòu)的三元正極材料有較高理論容量和較高放電平臺成為較好的研究對象，但其容量損失較高。目前主要合成三元富鋰正極材料的方法有共沉淀法、溶膠凝膠法、固相法、水熱法等，其制備的電極材料在25mA/g充放電電流下，首次放電容量在250mAh/g左右，且循環(huán)性能較差，多使用表面包覆等方式進行改性，提高其循環(huán)性能。

金屬-有機框架（Metal-Organic Frameworks），簡稱MOFs，是由有機配體和金屬離子或團簇通過配位鍵自組裝形成的具有分子內(nèi)孔隙的有機-無機雜化材料。MOFs在氫氣存儲、氣體吸附與分離、傳感器、藥物緩釋、催化反應等領域都有潛在的重要應用。隨著MOFs材料種類的日益增多以及復合MOFs材料的逐漸興起，MOFs材料將有不可估量的應用前景。將MOFs碳化后包覆在電極材料表面，可以提升電極材料的電化學性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種以MOF為碳源的碳包覆高容量富鋰錳基三元正極材料以及制備方法。本發(fā)明制備方法簡單，制得的富鋰錳基三元正極材料首次放電容量高，循環(huán)性能好。

本發(fā)明提供一種以MOF為碳源的碳包覆高容量富鋰錳基三元正極材料的制備方法，

具體步驟如下：

（1）將含鋰溶液加入到含有錳鹽、鎳鹽、鈷鹽和過硫酸銨的混合溶液中，經(jīng)攪拌混合，再置于水熱釜中進行水熱反應；水熱反應結(jié)束后，抽濾、洗滌、干燥得到三元富鋰錳基材料；

（2）將三元富鋰錳基材料通過球磨法與以金屬有機框架化合物MOF為主要成分的碳源混合球磨，球磨結(jié)束后，干燥，對得到的樣品在惰性氣氛下進行熱處理，得到以MOF為碳源的碳包覆高容量富鋰錳基三元正極材料；其中：金屬有機框架化合物MOF占碳源總質(zhì)量的50~90%；碳源中除了含有金屬有機框架化合物MOF外，還含有葡萄糖、聚乙烯醇、蔗糖或維生素C中一種或幾種物質(zhì)。