[發(fā)明專利]一種基于NiCoMn-MOF的三元正極材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110097074.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN112928254A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱繼平;李小龍;肖廣順;左秀秀;陳祥;丁圓;楊志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/60;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市道爾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34169
• 代理人: 司賀華

本發(fā)明公開了一種基于NiCoMn?MOF制備三元正極材料的方法制備三元正極材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂，包含以下具體步驟：以鎳的金屬鹽、鈷的金屬鹽、錳的金屬鹽和鋰的金屬鹽為原料、聚乙烯吡咯烷酮作為分散劑，采用均苯三甲酸作為配體，溶解在N,N?二甲基甲酰胺中通過溶劑熱法得到前驅(qū)體，然后經(jīng)過高溫處理合成出三元正極材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂。本發(fā)明利用NiCoMn?MOF的有序、多孔的結(jié)構(gòu)特征制備出過渡金屬和鋰離子分布均勻的三元材料。當(dāng)鎳、鈷、錳的比例為1:1:1時(shí)，所制備的三元正極材料表現(xiàn)出優(yōu)良的形貌以及電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于NiCoMn-MOF的三元正極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國一直處于高速發(fā)展過程中，國家變得越來強(qiáng)大，人民生活水平顯著提高。但是隨著快速的發(fā)展，資源消耗和短缺的問題越來越嚴(yán)重。能源問題成為國家乃至世界關(guān)注的重點(diǎn)問題，一邊開發(fā)清潔能源替換一次性能源，大一邊力發(fā)展能源儲(chǔ)備設(shè)備，使能源的供給更加穩(wěn)定。鋰離子電池以其更高的能量密度、良好的循環(huán)性能和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)在許多二次電池中脫穎而出。自從1991年索尼公司發(fā)布第一款商業(yè)化鋰電池后，鋰離子電池就吸引了世界各地的研究人員的注意力。

鋰離子電池的系統(tǒng)主要由正極、負(fù)極、電解液、隔膜等幾個(gè)部分組成，其中正極材料占據(jù)了非常重要的位置。正極材料在電池成本中所占比例高達(dá)40％，對(duì)正極材料經(jīng)行有效的改進(jìn)可以大幅度降低電池整體的成本以及提高其電化學(xué)性能。因此，許多科研人員都在大力改進(jìn)正極材料性能以及研發(fā)新的正極材料。經(jīng)過了科研人員的不斷努力，鋰離子電池正極陸續(xù)出現(xiàn)許多材料，例如尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn₂O₄、橄欖石結(jié)構(gòu)的LiMPO₄(M＝Fe,Ni,Mn,Co)和層狀結(jié)構(gòu)的LiMO₂(M＝Ni、Co、Mn)等。在這許多正極材料中，層狀結(jié)構(gòu)的三元正極材料Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂以其更高的比容量、優(yōu)秀的循環(huán)性能、高安全性、低成本的特點(diǎn)成為目前鋰離子電池領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)，同時(shí)也是被認(rèn)為是非常有發(fā)展前景的鋰離子電池正極材料。

隨著對(duì)三元正極材料的關(guān)注度提高，許多三元材料的制備方法被研發(fā)出來，例如，固相反應(yīng)發(fā)、共沉淀法、溶膠凝膠法等。雖然都取得了不錯(cuò)的效果，但是依然不夠完善。共沉淀法分為直接共沉淀法和間共沉淀法，其缺點(diǎn)是沉淀劑的加入可能會(huì)使局部物質(zhì)濃度過高導(dǎo)致不均勻；固相反應(yīng)發(fā)易引入雜質(zhì)并且煅燒過程中鋰損失嚴(yán)重以及結(jié)構(gòu)、粒度分布差異較大；溶膠凝膠法合成周期較長，合成工藝相對(duì)比較復(fù)雜并且成本高等。可以看出現(xiàn)在主流的方法所制備出來的三元材料過渡金屬以及鋰離子的分布均勻性相對(duì)較差，導(dǎo)致制備出的三元材料電化學(xué)性能較差。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于:提供一種基于NiCoMn-MOF的三元正極材料的制備方法，利用NiCoMn-MOF的有序、多孔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)制備過渡金屬和鋰離子分布均勻的三元材料。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種基于NiCoMn-MOF的三元正極材料的制備方法，包含以下具體步驟：

(1)將鎳的金屬鹽、鈷的金屬鹽、錳的金屬鹽、鋰的金屬鹽、聚乙烯吡咯烷酮與N,N-二甲基甲酰胺混合配成溶液A，將溶液A超聲后置于磁力攪拌器上攪拌；

(2)取均苯三甲酸加入N,N-二甲基甲酰胺中，配成溶液B，將溶液B逐滴加入溶液A中形成混合液C，繼續(xù)攪拌；

(3)將混合液C置于反應(yīng)釜中，放入烘箱中升溫反應(yīng)得到已鋰化的三元前驅(qū)體溶液；

(4)將三元前驅(qū)體溶液攪拌蒸干，得到濕粉末；