[發(fā)明專利]一種硫酸鹽電極材料及其在二次電池中的應(yīng)用以及二次電池

有效

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• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN110880598B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王麗平;鄒劍;牛曉濱
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 成都三誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51251
• 代理人: 劉春艷

本發(fā)明提供了一種硫酸鹽電極材料及其在二次電池中的應(yīng)用以及二次電池，該電極材料的通式為M_x(SO₄)_yN_z，其中，M為Li，Na，K，Ag，Ti，V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Mn，Cu和Zn中的至少一種，N為F，Cl，Br或者O，0≤x≤2，0≤y≤6，0≤z≤1。該硫酸鹽電極材料在二次電池中作為正極材料使用，采用本發(fā)明中的硫酸鹽制成的二次電池具有能量密度高，成本低的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)和新能源材料領(lǐng)域，具體涉及一種硫酸鹽電極材料及其在二次電池中的應(yīng)用以及二次電池。

背景技術(shù)

隨著鋰離子電池技術(shù)飛躍式的革新，鋰電電動汽車得到大力的發(fā)展和推廣。電動汽車的車用電池要求具有較高的能量密度，良好的循環(huán)性能，長久的使用壽命，優(yōu)異的安全性能、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等等。正極材料、負(fù)極材料、電池隔膜、電解液是鋰離子電池的重要組成部分，其中正極材料對電池的能量密度的決定性作用最大，因此行業(yè)內(nèi)外都對鋰離子電池正極材料有極大的研究興趣。

金屬鋰具有高的比容量(3860mAh/g)和較低的沉積電位(-3.04V)，采用金屬鋰作為負(fù)極的電池能量密度可以大大提高。由于電池負(fù)極具有金屬鋰，正極可以采用無鋰、或者少鋰正極材料。同時無鋰正極材料有望降低電池成本。

目前，占有率領(lǐng)先的正極材料以磷酸鐵鋰(LiFePO₄)、錳酸鋰(LiMn₂O₄)、三元材料(LiNi_aMn_bX_cO_d，X＝Co、Al等)、鈷酸鋰(LiCoO₂)為代表。這些材料目前大都存在能量密度不足，成本較高等缺點，難以適應(yīng)未來電動汽車以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品的發(fā)展。因此，對兼具高能量密度特性與低成本特性新型電池材料的研究與應(yīng)用勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種硫酸鹽電極材料及其在二次電池中的應(yīng)用以及二次電池，使用本發(fā)明中的硫酸鹽制成的二次電池可有效解決現(xiàn)有的二次電池存在的能量密度低，成本高的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種硫酸鹽電極材料，其通式為M_x(SO₄)_yN_z，其中，M為Li，Na，K，Ag， Ti，V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Mn，Cu和Zn中的至少一種，N為F，Cl,Br 或者O，0≤x≤2，0≤y≤6，0≤z≤1。

進(jìn)一步地，電極材料為FeSO₄。

進(jìn)一步地，電極材料為CuSO₄。

進(jìn)一步地，電極材料為NiSO₄。

進(jìn)一步地，電極材料為Fe_0.5Co_0.5SO₄。

上述硫酸鹽電極材料作為二次電池正極材料的應(yīng)用。

進(jìn)一步地，二次電池為鋰離子電池、鈉離子電池或鉀離子電池。

一種二次電池，以上述的硫酸鹽電極材料作為正極材料。

本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果為：本發(fā)明中利用硫酸鹽(M_x(SO₄)_yN_z)中金屬離子、S離子變價，可實現(xiàn)多電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，進(jìn)而實現(xiàn)提高電池的比容量，提高電池能量密度的目的。以FeSO₄為例，其反應(yīng)過程為：