正极活性材料及其制备方法、正极片和锂离子电池技术

技术编号:15644819 阅读:78 留言:0更新日期:2017-06-16 20:19
本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域。具体公开一种正极活性材料及其制备方法、正极片和锂离子电池。所述正极活性材料具有如下的通式:X

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料及其制备方法、正极片和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
,尤其涉及一种正极活性材料及其制备方法、正极片和锂离子电池。
技术介绍
与传统的铅酸电池、镍氢电池相比,锂离子二次电池因其具有更高的能量密度,已被广泛应用于消费类电子产品以及动力电池产品领域中。当前,应用于消费类电子产品中的锂离子电池正极材料主要采用具有层状构造的过渡金属氧化物,如LiCoO2;而应用于动力电池领域中的正极材料主要为LiFePO4。该些传统的锂离子正极材料在充放电过程中大多只能进行单电子氧化还原反应,导致其可获得的比容量通常低于200mAhg-1,正极材料已经成为制约锂离子电池能量密度的主要因素,现有的正极材料制成的锂离子电池无法满足对能量密度要求更高的产品。
技术实现思路
为解决上述现有正极活性材料存在比容量较低、无法满足更高能量密度的锂离子电池需求等问题,本专利技术实施例提供了一种正极活性材料。进一步地,本专利技术实施例还提供了所述正极活性材料的制备方法。在上述正极活性材料的基础上,本专利技术还进一步的提供了一种正极片以及一种锂离子电池。为了达到上述专利技术目的,本专利技术实施例采用了如下的技术方案:一种正极活性材料,具有如下的通式:X2Y4Mo6O18F6;其中,X为Li、Na中的任一种;Y为NH4、K、Rb、Cs中的任一种。一种正极活性材料的制备方法,至少包括以下步骤:按照摩尔比为MoO3:XF:YF=(1~2):(0.1~3):(0.2~6)的比例将所述MoO3、XF、YF进行水热反应处理;其中,X为Li、Na中的任一种;Y为NH4、K、Rb、Cs中的任一种。相应地,一种正极片,包括正极集流体以及附着于所述正极集流体表面的正极材料层,所述正极材料层由导电剂、粘结剂和正极活性材料组成,所述正极活性材料为如上所述的正极活性材料。进一步地,一种锂离子电池,所述锂离子电池的正极活性材料为如上所述的正极活性材料,或者所述锂离子电池的正极片为如上所述的正极片。本专利技术例提供的正极活性材料,由于正极活性材料中具有多价态的过渡金属Mo,制成锂离子电池时,Mo可以提供多个氧化还原反应对,提高正极材料的克容量,使得电池比容量达到300mAh/g以上。本专利技术提供的制备方法,通过液相水热反应方式获得所需的正极活性材料,得到的材料纯度高,各元素组成成分分布均匀、晶格缺陷少、粒径均一易控制而且形貌规整。附图说明图1为本专利技术实施例1、2提供的正极活性材料Na2(NH4)4Mo6O18F6的X射线衍射图;图2为本专利技术实施例3提供的正极活性材料Na2K4Mo6O18F6的X射线衍射图;图3为本专利技术实施例1提供的正极活性材料Na2(NH4)4Mo6O18F6的扫描电子显微镜图;图4为本专利技术实施例3提供的正极活性材料Na2K4Mo6O18F6的扫描电子显微镜图;图5为本专利技术实施例1提供的正极活性材料Na2(NH4)4Mo6O18F6制备的锂离子电池的充放电循环曲线图;图6为本专利技术实施例3提供的正极活性材料Na2K4Mo6O18F6制备的锂离子电池的充放电循环曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种正极活性材料,所述正极活性材料具有如下的通式:X2Y4Mo6O18F6;其中,X为Li、Na中的任一种;Y为NH4、K、Rb、Cs中的任一种。本专利技术实施例提供的正极活性材料,由于具有多价态的过渡金属Mo,制成锂离子电池时,Mo可以提供多个氧化还原反应对,提高正极材料的克容量,使得电池比容量达到300mAh/g以上。进一步地,上述正极活性材料的制备方法,至少包括以下步骤:按照摩尔比为MoO3:XF:YF=(1~2):(0.1~3):(0.1~3)的比例将所述MoO3、XF、YF进行水热反应处理;其中,X为Li、Na中的任一种;Y为NH4、K、Rb、Cs中的任一种。下面对上述制备方法做进一步详细的解释说明。以MoO3、XF、YF作为反应原材料,所有元素最后均生成反应产物,不会引入其他杂质,获得的正极活性材料纯度高,高达99.99%。优选地,所述水热反应处理的温度为180℃~300℃,所述水热反应时间为24h~48h。优选地,水热反应的反应容器为水热反应釜。采取水热反应的目的是,在水热反应釜的环境中,为原材料的反应提供密闭、一定温度下的高压反应条件。优选地,水热反应结束,还包括对水热反应产物进行过滤、干燥以及收集处理。过滤时,需待反应液冷却至室温;干燥处理时,采用40℃~60℃的干燥温度。本专利技术上述实施例提供的正极活性材料的制备方法,通过液相水热反应方式获得所需的正极活性材料,得到的材料纯度高,各元素组成成分分布均匀、晶格缺陷少、粒径均一易控制而且形貌规整。本专利技术在提供上述正极活性材料或者上述正极活性材料的制备方法的基础上,进一步提供了一种正极片,所述正极片包含上述正极活性材料。在一实施例中,所述正极片包括正极集流体以及附着于所述正极集流体表面的正极材料层,所述正极材料层由导电剂、粘结剂和正极活性材料组成,所述正极活性材料为如上所述的正极材料,或者为如上所述的正极活性材料的制备方法制备的正极活性材料。具体地,正极材料层的制备方法如下:将本专利技术提供的正极活性材料与导电剂一起进行机械球磨,一方面降低正极活性材料的粒径,同时提高导电剂与正极活性材料的结合度,提高致密性,减少导电剂和正极活性材料的空隙,可以达到提高材料的电导率;向由正极活性材料和导电剂进行球磨处理得到的混合颗粒物中加入粘结剂,和膏处理,得到正极浆料,然后按照流延或者涂覆的方式,涂覆在正极集流体表面,经过干燥、辊压以及裁片,即可得到正极片。在一优选实施例中,正极材料层中,正极活性材料占正极材料层的质量百分含量为20%~99%。优选地,所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑、炉黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种,所述导电剂占所述正极材料层质量百分含量的0.5%~70%。优选地,所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、LA系列的粘结剂中的至少一种;所述粘结剂占所述正极材料层质量百分含量的0.5%~10%。优选地,正极浆料涂覆于正极集流体表面得到的正极材料层的厚度为0.01mm~1mm。该厚度范围的正极材料可以提高电池的比能量密度。为了使得浆料能够顺利的涂覆到正极集流体表面,在制备正极浆料时,可以向其中加入溶剂。在优选的实施例中,溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二乙基甲酰胺(DEF)、二甲亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)以及醇类中的一种或几种。溶剂的用量没有特别的限定,只要能够使所述浆料能够涂覆到所述正极集流体上即可。在优选实施例中,正极集流体为铝箔。优选地,正极片的干燥温度为50℃~160℃。而为了缩短干燥时间及避免温度过高正极材料层表面出现裂痕,干燥温度为80℃~150℃。在上述提供的正极活性材料或者正极片的基础上,本专利技术还进一步提供一种锂离子电池。在一实施例中,所述锂离子电池的正极活性材料为如上所述的正极活性材料,或者所述锂离子电池的正极片为如上所述的正极片。采用如上所述的正极活性材料或者正极片制成的锂离子电本文档来自技高网...
正极活性材料及其制备方法、正极片和锂离子电池

【技术保护点】
一种正极活性材料,其特征在于:所述正极活性材料具有如下的通式:X

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料,其特征在于:所述正极活性材料具有如下的通式:X2Y4Mo6O18F6;其中,X为Li、Na中的任一种;Y为NH4、K、Rb、Cs中的任一种。2.如权利要求1所述的正极活性材料的制备方法,其特征在于:至少包括以下步骤:按照摩尔比为MoO3:XF:YF=(1~2):(0.1~3):(0.2~6)的比例将所述MoO3、XF、YF进行水热反应处理;其中,X为Li、Na中的任一种;Y为NH4、K、Rb、Cs中的任一种。3.如权利要求2所述的正极活性材料的制备方法,其特征在于:所述水热反应处理的温度为180℃~300℃,所述水热反应时间为24h~48h。4.如权利要求2所述的正极活性材料的制备方法,其特征在于:所述正极活性材料的制备方法还包括对水热反应处理得到的产物进行过滤、干燥及收集处理。5.一种正极片,包括正极集流体以及附着于所述正极集流体表面的正极材料层,所述正...

【专利技术属性】
技术研发人员:段伟段艳琴汤献平
申请(专利权)人:深圳市盛邦科技有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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