[發明專利]一種含鹵素的納米纖維素基硫酸鹽復合正極材料在鋰離子電池中的應用

在審

• 申請號: 202211205017.1
• 申請日: 2022-09-29
• 公開（公告）號: CN115472799A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 程意;李世悅;王海松
• 申請（專利權）人: 大連工業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 房艷萍;李馨

本發明涉及一種含鹵素的納米纖維素基硫酸鹽復合正極材料在鋰離子電池中的應用。本發明引入電負性高的鹵素如F、Cl等，改變過渡金屬周圍的電子環境，調節其電子電導率。同時高電負性的鹵素離子增強硫酸根基團的誘導效應使陽離子表現出更強的粒子性，從而可進一步提高其工作電壓。本發明中的復合正極材料作為鋰離子電池正極材料用，具有較低的成本，較高的放電比容量和工作電壓。

技術領域

本發明涉及一種含鹵素的納米纖維素基硫酸鹽復合正極材料在鋰離子電池中的應用，屬于化學電源材料和鋰離子電池領域。

背景技術

鋰離子電池具有比能量高、自放電系數小、無記憶效應、安全性能好和環境友好等優點，在電動汽車和混合動力汽車電源等領域展現出廣闊的應用前景。鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜和電解液四大部分組成。其中，正極材料是組分中成本最高的，同時也是限制鋰離子電池性能進一步提高的關鍵因素。目前商業化的鋰離子電池正極材料體系大致分為兩大類：一是過渡金屬氧化物，如層狀結構的LiCoO₂和三元材料Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂；另一類是聚陰離子型正極材料，如橄欖石結構的LiMPO₄(M＝Fe、Mn、Co、Ni)。層狀氧化物正極材料的代表LiCoO₂工作電壓高而且循環穩定性好，但是由于Co元素昂貴且有毒限制了其進一步發展；聚陰離子正極材料以橄欖石型LiFePO₄為代表，具有低成本和較好的循環穩定性，但是其合成條件苛刻，導電性差導致其倍率性能較差。因此，探索開發新型正極材料具有較大的研究意義、

硫酸鹽及其衍生物由于低成本、環境友好的特點引起了研究人員的注意，由于S的電負性比P強，誘導效應促使SO₄^2-基團會產生比PO₄^2-基團更高的工作電壓，因此硫酸鹽具有高電壓優勢，這將有利于正極材料能量密度的提高。但是，LiMSO₄作為一種聚陰離子鹽，同樣具有聚陰離子鹽電導率低的缺點。因此，如何提高其電子電導率成為研究的關鍵。

發明內容

為解決LiMSO₄的電子電導率低的問題，本發明合成了一種含鹵素的納米纖維素硫酸鹽正極材料納米纖維素基LiMSO₄X，并將其應用到鋰離子電池領域，探究其在鋰離子電池中的應用性能。本發明中的復合正極材料作為鋰離子電池正極材料用，具有較低的成本，較高的放電比容量和工作電壓。

本發明的技術方案如下：

一種含鹵素的納米纖維素基硫酸鹽復合正極材料在鋰離子電池中的應用。

基于以上技術方案，所述復合正極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)在150-250℃的溫度下，將FeSO₄·7H₂O脫水，得到FeSO₄·H₂O；

(2)將含鹵素的鋰化物LiX(X＝F或Cl)與步驟(1)所得的FeSO₄·H₂O放入高壓反應釜中，在200-400℃的烘箱中反應3-5h，冷卻后回收深色粉末，多次洗滌除去雜質，干燥，得到LiFeSO₄X(X＝F或Cl)；

(3)將適量納米纖維素與步驟(2)所得的LiFeSO₄X采用機械球磨或者超聲的方式進行物理混合，在氮氣或氬氣氛圍中，700-900℃條件下煅燒4-10h，最終獲得含鹵素的納米纖維素基納米纖維素基硫酸鹽(LiMSO₄X)復合正極材料粉末。

基于以上技術方案，優選的，步驟(1)中，FeSO₄·7H₂O脫水的時間為1-5h。