一种组合物及其制备方法技术

本公开涉及一种组合物及其制备方法。该组合物包括电极活性材料和铁电材料纳米颗粒；电极活性材料与铁电材料纳米颗粒的重量比为90～100:0.1～5。将该组合物作为电池的电极材料，能够使电池的容量显著提升，在高倍率下的提升尤其明显。

【技术实现步骤摘要】
一种组合物及其制备方法
本公开属于电池领域，尤其涉及一种组合物及其制备方法。
技术介绍
随着新能源汽车的兴起，高容量、高倍率的锂二次电池为交通工具的能源提供方面具有巨大的优势，能实现电池的快速充放电。然而，目前的电池在提高放电电流密度时，会导致电池容量的大幅度下降，这对于锂电池在电动车的应用中是不利的。为提高锂电池的倍率性能，专利技术人已知相关技术对粘结剂(PVDF)进行热处理，转变其晶体结构(由α相转变为β相)，从而改善电池性能。
技术实现思路
专利技术人发现电极活性材料与铁电材料纳米颗粒混合后，组装成电池，电池容量显著提高，尤其高倍率下容量显著提高。本公开一方面提供一种组合物，包括电极活性材料(electrode-activematerials)和铁电材料纳米颗粒；电极活性材料与铁电材料纳米颗粒的重量比为90～100:0.1～5，例如93～98:0.5～2.5，例如94～96:0.5～1，例如95:0.5～1。在一个实施方案中，铁电材料为ABO3型钙钛矿氧化物。在一个实施方案中，铁电材料包括BiFeO3。在一个实施方案中，ABO3中，A包括Bi3+。在一个实施方案中，ABO3中，A还包括稀土元素。在一个实施方案中，稀土元素包括La3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Dy3+、Gd3+、Ho3+和Tb3+中的一种或多种。在一个实施方案中，ABO3中，B包括Fe3+。在一个实施方案中，ABO3中，B还包括磁性离子和非磁性离子。在一个实施方案中，磁性离子包括Co3+、Cr3+、Ni2+、Mn4+中的一种或多种。在一个实施方案中，非磁性离子包括Ti4+、Nb4+、Ta5+、Zr4+、Zn2+、Cu2+、V5+、Sc3+中的一种或多种。在一个实施方案中，铁电材料纳米颗粒为BiFeO3纳米颗粒。在一个实施方案中，所述组合物还包括电极材料辅料。在一个实施方案中，电极材料辅料包括以下物质的一种或多种：导电剂，粘结剂、增稠剂。在一个实施方案中，电极活性材料与导电剂的重量比为90～100:0.1～5，例如93～98:1.5～4.5。在一个实施方案中，电极活性材料与粘结剂的重量比为90～100:0.1～5，例如93～98:0.5～2.5；在一个实施方案中，电极活性材料与增稠剂的重量比为90～100:0.1～5，例如93～98:0.5～2.5。在一个实施方案中，导电剂包括导电碳黑或导电聚合物。在一个实施方案中，粘结剂包括PVDF或丁苯胶乳水性树脂SBR。在一个实施方案中，增稠剂包括羧甲基纤维素CMC。在一个实施方案中，所述电极活性材料包括锂离子电池正极活性材料，例如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或三元材料。在一个实施方案中，所述电极活性材料包括锂离子电池负极活性材料，例如碳基材料、硅基材料、锡基材料、氮化物或钛基材料。在一个实施方案中，碳基材料包括石墨材料。在一个实施方案中，碳基材料包括无定型碳材料，例如硬碳材料或软碳材料。在一个实施方案中，碳基材料包括石墨烯。在一个实施方案中，铁电材料纳米颗粒的平均粒径为100～300nm，例如150～200nm，例如160～180nm。在一个实施方案中，平均粒径采用高斯平均的方法计算获得。在一个实施方案中，铁电材料纳米颗粒是单晶颗粒。在一个实施方案中，铁电材料纳米颗粒的晶体结构属于R3c空间群。在一个实施方案中，电极活性材料为颗粒状。在一个实施方案中，电极活性材料的平均粒径为1～100μm，例如5～50μm，例如10～30μm，例如10～20μm，例如10～15μm。在一个实施方案中，BiFeO3纳米颗粒由下述方法制备获得：(a)提供含Bi3+、Fe3+的溶液；(b)向步骤(a)的溶液中滴加浓氨水，至pH值达到9-10，收集所得沉淀物；(c)将步骤(b)所得沉淀物与KOH溶液混合，然后置于高压水热釜中，加热至200℃，保温3～8小时，冷却，收集所得固形物即为BiFeO3纳米颗粒。在一个实施方案中，步骤(a)中，含Bi3+、Fe3+的溶液中，Bi3+和Fe3+的摩尔比为1:1。在一个实施方案中，步骤(a)中，含Bi3+、Fe3+的溶液中，Bi3+和Fe3+的浓度为0.03～0.08mmol/ml。在一个实施方案中，步骤(a)中，含Bi3+、Fe3+的溶液中，还含有浓度为0.03～0.08mmol/ml的十二院基硫酸钠。在一个实施方案中，步骤(a)中，含Bi3+、Fe3+的溶液中，还含有浓度为1～2mmol/ml的HNO3。在一个实施方案中，步骤(c)中，KOH溶液的浓度为10～14M。在一个实施方案中，BiFeO3纳米颗粒由下述方法制备获得：在一个实施方案中，配置前驱溶液，每10mL前驱溶液中由以下物质配制而成，0.3～0.8mmol的Bi(NO3)3·5H2O，0.3～8mmol的Fe(NO3)3·9H2O，0.3～0.8mmol的十二院基硫酸钠(SDS)和0.5～2mL的浓硝酸，余量为水。优选Bi(NO3)3和Fe(NO3)3摩尔比为1:1。在一个实施方案中，搅拌条件下，向上述前驱溶液中滴加浓氨水，直至pH值达到9-10之间，使得溶液中的Bi3+离子和Fe3+离子全部沉淀。在一个实施方案中，收集沉淀物，沉淀物清洗至中性。在一个实施方案中，将沉淀物和浓度为12M的KOH溶液混合在一起，转移到容积为25mL的高压水热釜中。在一个实施方案中，以1～5℃/min的升温速率把高压水热釜加热至180～220℃，保温3～8个小时，冷却。在一个实施方案中，水热反应的固体产物经分离、清洗、烘干后，即获得BiFeO3纳米颗粒。本公开又一方面提供一种组合物的制备方法，包括将电极活性材料和铁电材料纳米颗粒混合的步骤，电极活性材料与铁电材料纳米颗粒的重量比为90～100:0.1～5，例如93～98:0.5～2.5，例如94～96:0.5～1。在一个实施方案中，将电极活性材料和铁电材料纳米颗粒混合的方法包括球磨、超声和研磨中的一种或多种。在一个实施方案中，制备组合物的方法包括将电极活性材料、铁电材料纳米颗粒和电极材料辅料混合的步骤。本公开又一方面提供一种电极，包括集流体和本公开的组合物，所述组合物覆盖在所述集流体表面。优选在集流体表面形成电极材料层。在一个实施方案中，将组合物与合适的溶剂例如N-甲基吡咯烷酮混合成为浆料，将浆料涂覆在集流体表面，经常规辊压、分条、切片等工序，即获得电极。本公开又一方面提供一种电化学储能器件，包括本公开的电极。在一个实施方案中，电化学储能器件是电池，例如锂离子电池。在一个实施方案中，电化学储能器件为电池或超级电容器。在一个实施方案中，电化学储能器件包括依次层叠的正极、隔膜和负极，正极和/或负极为本公开的电极。本公开又一方面提供，本公开的组合物用作电极材料的用途。电极材料例如是电化学储能器件的电极材料，例如是电池的电极材料，例如是锂离子电池的电极材料。所述电极材料是指位于电化学储能器件的电极处，例如电极集流体上，能够为电化学储能器件提供能量的材料。在一个实施方案中，铁电材料纳米颗粒均匀分散在电极活性材料周围。在一个实施方案中，电极活性材料均匀分散在铁电材料纳米颗粒周围。在一个实施方案中，铁电材料纳米颗粒均匀分散在所述组合物当中。在一个实施方案中，铁电材料纳米颗粒为球形或类球形。在一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，包括电极活性材料和铁电材料纳米颗粒；电极活性材料与铁电材料纳米颗粒的重量比为90～100:0.1～5，例如93～98:0.5～2.5；优选地，铁电材料为ABO3型钙钛矿氧化物；优选地，ABO3中，A包括Bi

【技术特征摘要】
1.一种组合物，包括电极活性材料和铁电材料纳米颗粒；电极活性材料与铁电材料纳米颗粒的重量比为90～100:0.1～5，例如93～98:0.5～2.5；优选地，铁电材料为ABO3型钙钛矿氧化物；优选地，ABO3中，A包括Bi3+；优选地，ABO3中，A还包括稀土元素；优选地，稀土元素包括La3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Dy3+、Gd3+、Ho3+和Tb3+中的一种或多种；优选地，ABO3中，B包括Fe3+；优选地，ABO3中，B还包括磁性离子和非磁性离子；优选地，磁性离子包括Co3+、Cr3+、Ni2+、Mn4+中的一种或多种；优选地，非磁性离子包括Ti4+、Nb4+、Ta5+、Zr4+、Zn2+、Cu2+、V5+、Sc3+中的一种或多种；优选地，铁电材料为BiFeO3。2.根据权利要求1所述的组合物，还包括电极材料辅料；优选地，电极材料辅料包括以下物质的一种或多种：导电剂，粘结剂、增稠剂；优选地，电极活性材料与导电剂的重量比为90～100:0.1～5；优选地，电极活性材料与粘结剂的重量比为90～100:0.1～5；优选地，电极活性材料与增稠剂的重量比为90～100:0.1～5。3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述电极活性材料是锂离子电池正极活性材料，例如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或三元材料；或者所述电极活性材料是锂离子电池负极活性材料，例如碳基材料、硅基材料、锡基材料、氮化物或钛基材料。4.根据权利要求1所述的组合物，所述铁电材料纳米颗粒的平均粒径为100～300nm，例如150～200nm，例如160～180nm。5.根据权利要求1所述的组合物，所述铁电材料纳米颗粒是单晶颗粒。6.根据权利要求1所述的组合物，所述电极活性材料为颗粒状；优选地，电极活性材料的平均粒径为1～100μm。7.根据权利要求1所述的组合物，BiFeO3纳米颗粒由下述方法制备获得：(a)提供含Bi3+、Fe3+的溶液；(b)向步骤(a)的溶液中滴加浓氨水，至pH值达到9-10，收集所得沉淀物；(c)将步骤(b)所得沉淀物与KOH溶液混合，然后置于高压水热釜...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志刚，魏文飞，钟宽，李乾乾，邹十美，段科，吉纯，
申请(专利权)人：珠海格力电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44