[發明專利]一種鹵素陰離子插層水滑石正極材料及其制備方法以及鹵素陰離子電池

在審

• 申請號: 202010095960.6
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111268708A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 韓景賓;尹青;羅佳能;張健;張碩瀟
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01F7/00
• 分類號: C01F7/00;H01M4/58;H01M10/05;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉瀟

本發明提供了一種鹵素陰離子插層水滑石正極材料及其制備方法以及鹵素陰離子電池，屬于電化學技術領域。本發明提供的鹵素陰離子插層水滑石正極材料的制備方法，包括以下步驟：將兩種可溶性金屬鹽、環六亞甲基四胺和水混合后進行共沉淀反應，然后利用液溴對其進行氧化，得到溴離子插層水滑石納米片材料，以高濃度氟化鈉溶液或氯化鈉溶液為原料，采用酸交換法制備氟離子插層水滑石納米片材料或氯離子插層水滑石納米片材料；再以該鹵素陰離子插層水滑石納米片材料為原料制備得到鹵素陰離子電池的正極材料。本發明提供的方法制備的鹵素陰離子插層水滑石納米片材料形貌為規整的六邊形，粒徑大，結晶度高、容量大且循環穩定性好。

技術領域

本發明涉及電化學技術領域，具體涉及一種鹵素陰離子插層水滑石正極材料及其制備方法以及鹵素陰離子電池。

背景技術

隨著環境問題和能源危機的不斷惡化，高效利用電化學能源被認為是實現可持續發展的重要途徑。目前，絕大多數的二次電池體系的儲能機制都是基于輕量金屬陽離子在兩個電極之間的可逆遷移，例如鋰離子電池，鈉離子電池或者鉀離子電池。其中，鋰離子電池以其高的功率密度和長的循環壽命，在各類電子設備以及新能源汽車等領域有著廣泛且成熟的市場。

近年來，以陰離子為傳質離子的鹵素陰離子電池的研究相繼被報道。而鹵素陰離子電池中正極材料對于電池的充放電容量影響很大。中國專利CN107452953A公開了一種氯離子電池的水滑石正極材料的制備方法，將可溶二價金屬鹽和可溶三價金屬鹽溶于去離子水配制成混合鹽溶液，與氯化鈉溶液混合后將其pH值調節至7～11范圍內進行晶化，得到氯離子插層的水滑石納米片材料。然而該方法制備的氯離子插層的水滑石納米片材料的粒徑小，導致以該材料為正極材料的氯離子電池的體積比容量小。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供一種鹵素陰離子插層水滑石正極材料及其制備方法以及鹵素陰離子電池，本發明提供的制備方法制備的鹵素陰離子插層水滑石正極材料粒徑大、形貌規整、結晶度高，以該鹵素陰離子插層水滑石正極材料的鹵素離子電池的體積比容量高。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種鹵素陰離子插層水滑石正極材料的制備方法，包括以下步驟：

將第一可溶性金屬鹽、第二可溶性金屬鹽、環六亞甲基四胺和水混合，得到反應液；所述第一可溶性金屬鹽中的金屬離子M₁包括Co²⁺、Ni²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺或Zn²⁺；所述第二可溶性金屬鹽中的金屬離子M₂包括Co²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Ti³⁺、Mn³⁺、V³⁺、Al³⁺或Co³⁺；

在保護氣氛下，將所述反應液進行共沉淀反應，得到前軀體；

將所述前軀體、液溴和腈類溶劑混合，進行拓撲氧化還原反應，得到溴離子插層水滑石納米片材料；

將所述溴離子插層水滑石納米片材料和氟化鈉水溶液混合，進行第一酸交換反應，得到氟離子插層水滑石納米片材料；

將所述溴離子插層水滑石納米片材料和氯化鈉水溶液混合，進行第二酸交換反應，得到氯離子插層水滑石納米片材料；

所述氟化鈉水溶液和氯化鈉水溶液的濃度獨立地為0.5～5mol/L；

將鹵素陰離子插層水滑石納米片材料、導電劑和粘合劑混合后在集流體上依次進行涂膜和干燥，得到鹵素陰離子插層水滑石正極材料；

所述鹵素陰離子插層水滑石納米片材料包括溴離子插層水滑石納米片材料、氟離子插層水滑石納米片材料或氯離子插層水滑石納米片材料。