[發明專利]二元金屬磷酸鹽正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110593262.3
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113321198B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 李長明;吳超
• 申請（專利權）人: 西南大學;青島九環新越新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45;H01M10/0525
• 代理公司: 重慶航圖知識產權代理事務所(普通合伙) 50247
• 代理人: 霍本俊

本發明公開了一種二元金屬磷酸鹽正極材料及其制備方法和應用；所述制備方法包括以下步驟：(1)將植酸與磷酸充分混合，形成含磷酸基團的溶液；(2)加入過渡金屬鹽和堿金屬鹽，并且充分混合；(3)水熱反應，得到二元金屬磷酸鹽前驅體；(4)將二元金屬磷酸鹽前驅體進行退火處理，得到二元金屬磷酸鹽正極材料。本發明通過調配植酸和磷酸的配比用量，制備的二元金屬磷酸鹽正極材料粒徑均勻、介孔比例明顯提升，其作為電池正極材料可實現快速傳質、加強電子轉移，從而具有高容量、高倍率和優異的循環穩定性。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種二元金屬磷酸鹽正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著各種便攜式電子產品日益普及，鋰離子電池作為一種攜帶方便的電源設備日益受到關注。而鈉和鋰的理化性質近似，電池充放電原理也類似，因而鈉離子電池的研究也日益受到重視。在實際應用方面，鈉離子電池的能量密度通常低于鋰離子電池，因此兩者適合不同的領域。但是，研發先進的正、負極材料成為鈉、鋰離子電池實現實際應用的關鍵之一。

磷酸鋰鐵(LiFePO₄)正極材料由于其循環壽命長，資源豐富，環保性高，具有其他正極體系無法比擬的安全性，被認為是鋰離子電池理想的正極材料。目前，商品化的磷酸鋰鐵多使用高溫固相反應技術制備，它具有設備簡單、生產快速、成本低廉等特點，這種方法通常采用鋰源、鐵源、碳源以及磷酸二氫銨等的均勻混合物為起始物，經預燒和研磨后高溫合成，但是由于高溫固相反應本身的限制，該方法生產的產品粒度無法控制，產物顆粒較大且粒徑分布不均勻、孔結構不夠優化。

發明內容

本發明的目的是提供一種二元金屬磷酸鹽正極材料及其制備方法和應用，制備的二元金屬磷酸鹽正極材料粒徑均勻、介孔比例明顯提升，能夠顯著提高電池的比容量和循環穩定性。

為了實現以上目的，本發明采用的技術方案：

本發明公開了一種二元金屬磷酸鹽正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將植酸與磷酸充分混合，形成含磷酸基團的溶液；

(2)往步驟(1)得到的體系中加入過渡金屬鹽和堿金屬鹽，并且充分混合；

(3)將步驟(2)得到的混合液進行水熱反應，得到二元金屬磷酸鹽前驅體；

(4)將步驟(3)得到的二元金屬磷酸鹽前驅體進行退火處理，得到二元金屬磷酸鹽正極材料。

作為優選的技術方案，所述步驟(1)中，植酸與磷酸的摩爾比為1:9-9:1。

作為優選的技術方案，所述步驟(1)中，植酸與磷酸的摩爾比為4:6-6:4。

作為優選的技術方案，所述步驟(2)中，磷酸基團與過渡金屬鹽的摩爾比為1:9-9:1。

作為優選的技術方案，所述步驟(1)中，植酸與磷酸在溶劑中充分混合；所述溶劑包括但不限于水、無水乙醇、N-甲基吡咯烷酮和二甲基甲酰胺中的一種或幾種的混合。

作為優選的技術方案，所述步驟(2)中，過渡金屬鹽包括但不限于鐵鹽、亞鐵鹽、錳鹽、鎳鹽、鈷鹽和釩鹽中的一種或幾種的混合。

作為優選的技術方案，所述步驟(2)中，堿金屬鹽包括但不限于鋰鹽、鈉鹽和鉀鹽中的一種或幾種的混合。

作為優選的技術方案，所述步驟(3)中，在進行水熱反應前，先調節PH值至3-10。

作為優選的技術方案，所述步驟(3)中，水熱反應溫度為100-260℃，水熱反應時間為1-48h。

作為優選的技術方案，所述步驟(4)中，退火時添加碳材料。

作為優選的技術方案，所述碳材料包括但不限于葡萄糖、碳納米管和石墨烯中的一種或幾種的混合。