[發明專利]一種玻璃正極材料、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 202110175030.6
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN113013402A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 李長久;孔凡厚;梁雪;易蘭林;張瑞翔;饒寅朝
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525;C03C12/00;C03B19/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張雪嬌

本發明提供了一種玻璃正極材料，包括活性物質玻璃粉末；所述活性物質玻璃粉末包括網絡生成體鹵化物MX_a、過渡金屬氧化物DO_y與網絡外體氧化物AO_n；所述網絡生成體鹵化物MX_a、過渡金屬氧化物DO_y與網絡外體氧化物AO_n的質量比為(10～50)：(30～80)：(10～40)；a、y與n的值使化合價平衡。與現有技術相比，本發明提供的玻璃正極材料以特定的玻璃粉末為活性物質，使以該玻璃正極材料組裝得到的鋰離子電池比容量大、電壓高且首圈損失率小；并且該玻璃正極材料制備方法簡單，易于實施，有利于推廣應用。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種玻璃正極材料、其制備方法及應用。

背景技術

鋰離子電池是性能卓越的新一代綠色高能電池，已成為高新技術發展的重點之一。鋰離子電池具有以下特點：高電壓、高容量、低消耗、無記憶效應、無公害、體積小、內阻小、自放電少、循環次數多。因其上述特點，鋰離子電池已應用到移動電話、筆記本電腦、攝像機、數碼相機等眾多民用及軍事領域。

鋰離子電池的主要構成材料包括電解液、隔離材料、正負極材料等。其中，鋰離子電池正極材料主要是鈷、錳、鎳等及其復合氧化物。商業應用已經證明這些材料具有高的電位及穩定性，但其比容量較低(205mAh/g)。如，作為最早商用的正極材料，鈷酸鋰(LiCoO₂)的理論比容量為273mAh/g，但是實際比容量只有約140mAh/g，同時還存在價格高、毒性大的缺陷；雖然鎳酸鋰(LiNiO₂)的比容量可達到150mAh/g，略高于LiCoO₂，但在LiNiO₂的合成過程中，容易發生鋰的缺失，合成滿足標準化學組分的LiNiO₂較困難；與LiCoO₂相比，錳酸鋰(LiMnO₄)價格低廉，但理論比容量較低(148mAh/g)，且循環性能較差；磷酸鐵鋰(LiFeO₄)的理論比容量可達到170mAh/g，但導電性較差，能量密度低。而負極石墨理論比容量372mAh/g，實際比容量達360mAh/g。由此可見，正極材料限制鋰離子電池比容量。這些因素制約著鋰離子電池性能的提升，迫切需要研究和開發出新型的高性能正極材料以滿足儲能設備的應用。高能量密度陰極材料的搜索空間擴大到陽離子無序的鋰過渡金屬氧化物。

公開號為CN105742616A的中國專利將Li_1+aNi_bTi_cNb_dO₂放入到NaOH溶液中，再加入Bi(NO₃)₃和Ca(NO₃)₂，在50℃～80℃的溫度下不斷攪拌，最后過濾，將固相物質在400～700℃溫度下加熱5～15h，得到CaO/Bi₂O₃/Li_1+aNi_bTi_cNb_dO₂。制備的正極材料經過XRD測試，表明具有無序巖鹽結構；電化學性能測試顯示，該材料在1.5～4.5V之間充放電，首次放電容量高達262mAhg^-1，并且具有良好的倍率性能和循環性能，1C放電容量達到205mAhg^-1，1C循環50次后容量保持率為94.5％。

公開號為CN107925080A的中國專利公開了涉及陽離子無序的鋰金屬氧化物化合物、其制造方法和用途的實施方案。在一個實施方案中，陽離子無序的鋰金屬氧化物包含a大于1的Li_aM_bM′_cO₂。M包含至少一種具有第一氧化態n和大于n的氧化態n'的氧化還原活性物質，并且M被選擇為使得具有式LiMO₂的鋰-M氧化物形成陽離子無序的巖鹽結構。M'包含至少一種具有大于n的氧化態y的電荷補償物質。