一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池技术

为克服现有技术中锂离子电池正极能量密度低的问题，本发明专利技术提供了一种正极活性材料，具有如下分子式：Na4[NiMo6O24H6]。同时，本发明专利技术还公开了上述正极活性材料的制备方法、含有上述正极活性材料的正极片以及锂离子电池。本发明专利技术提供的方法制备得到的正极活性材料有效克容量高，利于提高锂离子电池的能量密度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子二次电池领域，尤其涉及一种正极活性材料及其制备方法、正极片及锂离子电池。
技术介绍
当今日常生活中，锂离子二次电池已被广泛应用于移动电话、笔记本电脑及其他数码产品中，是不可缺少的储能器件。目前，应用于锂离子电池的正极材料主要采用锂离子插嵌过渡金属层状氧化物，如LiCoO2、LiMn2O4等。该类材料的充放电过程依赖于锂离子在其晶格结构中的有序插入与脱嵌，这些材料的容量与循环稳定性主要由其晶体结构的稳定性决定。在充放电过程中，一旦晶体构造被破坏或失去可恢复性，电池的容量将衰减且循环性能恶化。另外，这些传统的锂离子插嵌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，使得锂离子电池的能量密度较低。当前基于这些传统正极材料的锂离子电池对那些能量密度需求更高的应用领域，如混合动力车、纯电动车等，表现出不足之处。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中锂离子电池能量密度低的问题，提供一种正极片。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：提供一种正极活性材料，具有如下分子式：Na4[NiMo6O24H6]。同时，本专利技术还提供了上述正极活性材料的制备方法，包括将Na2MoO4·2H2O溶于去离子水中，然后加入Ni2+的盐溶液，并调节pH值为2-4进行反应，随后在60-80℃蒸发溶液，析出沉淀，经冷却、过滤得到可作为正极活性材料的结晶体。并且，本专利技术还提供了一种正极片，包括正极集流体和位于正极集流体上的正极材料，所述正极材料包括正极活性材料；所述正极活性材料为上述正极<br>活性材料或者通过上述方法制备得到。另外，本专利技术还提供了采用上述正极片的锂离子电池，包括电池壳体以及设置于电池壳体内的电芯，所述电芯包括卷绕或层叠的正极片、隔膜和负极片；所述正极片为如前所述的正极片。本专利技术提供的正极活性材料的分子为多面体构造，由六个八面体MoO6围绕一个中心八面体NiO6通过共价键结合为一个稳定的分子，其化学式为Na4[NiMo6O24H6]。本专利技术所合成的化合物，可以作为锂离子电池正极材料使用。按进行氧化还原反应，六个过渡金属离子Mo6+全部还原为Mo3+可以提供18个电子，因此该材料可发挥的理论克容量非常高，达到432mAhg-1，约为传统正极材料如LiCoO2等的三倍。同时，本专利技术中，通过水与水溶性醇类有机溶剂的混合溶液对Na4[NiMo6O24H6]进行重结晶，得到的产物平均粒径明显降低，达到600nm以下，作为正极活性材料使用时，可有效提高离子电导率，使其高理论克容量的优点得到充分发挥，从而利于大大提高锂离子电池能量密度。同时，上述方法中，进行重结晶时添加的有机溶剂为水溶性醇类有机溶剂，其所需的添加量非常少，利于降低成本，减小污染。附图说明图1是本专利技术实施例1合成的正极活性材料的X射线衍射图。图2是本专利技术实施例1合成的结晶体的扫描电子显微镜图。图3是本专利技术实施例1合成的结晶体的各元素能谱分布图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图实施例，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。本专利技术提供的正极活性材料具有如下分子式：Na4[NiMo6O24H6]。上述正极活性材料具有较高的理论克容量，可有效的提高锂离子电池的能量密度。根据本专利技术，优选情况下，所述正极活性材料的平均粒径为100-600nm。纳米级的上述正极活性材料可以缩短锂离子在电极中的传输距离，从而在一定程度上提高离子电导率。利于进一步提高正极活性材料的导电性，提高其充放电容量，利于提高由该正极活性材料制备得到的锂离子电池的能量密度。本专利技术还提供了上述正极活性材料的制备方法，包括将Na2MoO4·2H2O溶于去离子水中，然后加入Ni2+的盐溶液，并调节pH值为2-4进行反应，随后在60-80℃蒸发溶液，析出沉淀，经冷却、过滤后得到结晶体。上述制备得到的结晶体即为具有分子式Na4[NiMo6O24H6]的正极活性材料。本专利技术采用Na2MoO4·2H2O及含Ni2+的氯化盐/硝酸盐/硫酸盐为主要合成原料，调节溶液pH值以有利于分子性簇离子的自组装形成，加热搅拌溶液进行化学反应，最终形成分子性簇离子[NiMo6O24H6]4-，溶液经蒸发浓缩后，Na+作为对阳离子与该阴离子结合，形成本专利技术中的化合物Na4[NiMo6O24H6]。上述制备方法中，各物质的添加量可按Na4[NiMo6O24H6]中各元素的含量比进行添加，通常会根据实际情况适当过量添加，本专利技术中，优选情况下，所述Mo元素与Ni元素的物质的量之比为2-6：1。专利技术人在实验中发现，分子式为Na4[NiMo6O24H6]的结晶体具有非常高的理论克容量，将其用作锂离子电池的正极活性材料时，利于提高锂离子电池的能量密度。但是，通过上述方法制备得到的分子式为Na4[NiMo6O24H6]的结晶体的粒子尺寸均较大，存在电导率低的缺点，极大的制约了其电化学性能的发挥。本专利技术中，先将上述方法制备得到的分子式为Na4[NiMo6O24H6]的结晶体溶解于水中，然后在搅拌条件下加入水溶性醇类有机溶剂，进行再结晶。最终过滤后即可得到所需的产物。通过上述方法制备得到的产物的平均粒径为纳米级，达到600nm以下，优选情况下，所述正极活性材料的平均粒径为100-600nm，更优选为100-500nm，并且粒径均匀。纳米级的上述正极活性材料可以缩短锂离子在电极中的传输距离，从而在一定程度上提高离子电导率。根据本专利技术，上述制备方法中，水的量可将结晶体溶解即可，优选情况下，所述结晶体与所述水的质量比为0.005-0.025：1，更优选为所述结晶体与所述水的质量比为0.01-0.025：1。对溶解于水中的结晶体进行再结晶时，添加的水溶性醇类有机溶剂与水的体积比为1-5：1，优选为1-2：1。采用上述方法进行重结晶时，添加少量的水溶性醇类有机溶剂即可达到重结晶析出纳米级的正极活性材料产物的目的。上述步骤中所采用的水溶性醇类有机溶剂可采用常规的水溶性醇类有机溶剂，例如具体可以选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或异丙醇中的一种或多种。同时，本专利技术还提供了一种正极片，包括正极集流体和位于正极集流体上的正极材料，所述正极材料包括如前所述的方法制备得到的正极活性材料。与现有正极片类似的，本专利技术中，所述正极集流体的种类已为本领域技术人员所公知，例如可以选自铝箔、铜箔、冲孔钢带。根据本专利技术，正极材料内，正极活性材料的含量为20-99wt％，优选为20-90wt％，更优选为30-60wt％。本专利技术中，优选情况下，正极材料中，正极活性材料的平均粒径为600nm以下，进一步优选情况下，所述正极活性材料的平均粒径为100-600nm，更优选为100-500nm。此时，利于进一步提高正极活性材料的导电性，提高其充放电容量，利于提高由该正极活性材料制备得到的锂离子电池的能量密度。所述正极材料中除上述正极活性材料外，通常还包括正极粘结剂和选择性含有的正极导电剂。本专利技术所述的正极材料对正极粘结剂没有特别的限制，可以采用本领域已知的各种可用于锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正极活性材料，其特征在于，具有如下分子式：Na4[NiMo6O24H6]。

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，具有如下分子式：Na4[NiMo6O24H6]。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的平均粒径为100-600nm。3.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，包括将Na2MoO4·2H2O溶于去离子水中，然后加入Ni2+的盐溶液，并调节pH值为2-4进行反应，随后在60-80℃蒸发溶液，析出沉淀，经冷却，过滤后得到结晶体。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Mo元素与Ni元素的物质的量之比为2-6：1。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，将所述结晶体溶解于水中，在搅拌条件下加入水溶性醇类有机溶剂，进行再结晶，然后过滤得到产物；所述水溶性醇类有机溶剂与水的体积比为1-5：1。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述结晶体与所述水的质量比为0.005-0.025：1。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性醇类有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或异丙醇中的一种或多种。8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述产物的平均粒径为100-600nm。9.一种正极片，其特征在于，包括正极集流体和...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪尔福，程君，李文良，
申请(专利权)人：惠州市豪鹏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44