锂离子电池阳离子无序富锂正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了锂离子电池阳离子无序富锂正极材料及其制备方法和应用,其制备方法包括：将锂盐与TiO

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池阳离子无序富锂正极材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种锂离子电池阳离子无序富锂正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池作为新一代储能体系，以其高能量密度、低成本、较长的使用寿命，对环境无污染等诸多优点受到了广泛关注，并且已经应用于手机、数码相机、笔记本电脑等微电子产品领域。但是，目前锂离子电池的比容量、能量密度以及安全性能还无法很好地满足大规模电动车发展的需求。而限制锂离子电池比容量以及能量密度的主要瓶颈是正极材料，因此开发具有高比容量以及高能量密度的正极材料成为提升锂离子电池性能的关键。阳离子无序锂过渡金属氧化物Li1+x(TiTM)1-xO2(TM代表Ni、Fe、Co中的任一种)作为一类新的正极材料，当其中的Li:(Ti+TM)≥1.2时会形成特殊的锂离子迁移通道，具有较快的锂离子迁移速率，该类材料在提升锂离子电池比容量以及能量密度方面表现出了巨大的潜力。可是，虽然在过渡金属位置掺杂高价态的金属(诸如W、Nb、Mo等)通过电荷补偿可以提高Li的摩尔配比，但是这些重原子的掺杂往往会牺牲材料的比容量，并且过多的掺杂量不易得到纯相。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种锂离子电池阳离子无序富锂正极材料及其制备方法和应用，在掺杂高价态金属原子的同时，通过在阴离子位置(O位)掺杂低价态且较轻的F起到双重电荷补偿的作用来提高Li的摩尔配比，同时F的掺杂可以降低重原子的掺杂量，有利于得到纯相，同时保持了材料的比容量。本专利技术提供的锂离子电池阳离子无序富锂正极材料是一种新的锂离子电池正极材料，具有较高的充放电比容量和能量密度，并且合成工艺简单，生产效率高，适宜规模化生产，所需原料易得、无毒、成本低廉，生产过程无需特殊防护，反应条件容易控制，所得到的产物具有产量大、结果重复性好等优点。第一方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池阳离子无序富锂正极材料的制备方法，包括：将锂盐与TiO2、TM的氧化物、M的氧化物、氟盐按照Li：(Ti0.5TM0.5)：M：F＝1.2：(0.8-x)：x：y的摩尔比进行球磨混合；其中所述锂盐包括LiOH、Li2CO3或Li2O中的任一种，M为过渡金属元素，M的氧化物包括WO3、MoO2、Nb2O5中的任一种，TM为对过渡金属进行掺杂取代的元素，TM的氧化物包括NiO、Fe2O3、Co3O4中的任一种，氟盐包括LiF、NH4F中的任一种；x,y符合电荷平衡，并且x≤0.4，y≤0.5；将球磨混合后的产物晾干、过筛，得到均匀混合的金属盐前驱体；将所述金属盐前驱体在2MPa-20MPa的压力下压片，得到片状前驱体；将片状前驱体置于马弗炉中，以2℃/min-5℃/min的升温速率升温，在700℃-1000℃下处理2-10小时，自然冷却至室温后即得到所述阳离子无序富锂正极材料。优选的，所述球磨混合具体为：在球磨罐中以乙醇或丙酮作为液体介质，以350r/min的转速，球磨8-15小时。第二方面，本专利技术实施例提供了一种第一方面所述的方法制备的阳离子无序富锂正极材料,具有无序岩盐结构，属于Fm-3m空间群，其中Li与过渡金属元素、对过渡金属进行掺杂取代的元素占据4b(1/2,1/2,1/2)位置,O占据4a(0,0,0)位置。优选的，所述阳离子无序富锂正极材料用于锂离子二次电池的正极材料。第三方面，本专利技术实施例提供了一种包括上述第二方面所述的正极材料的锂离子二次电池。第四方面，本专利技术实施例提供了一种上述第三方面所述的锂离子二次电池的用途，用于移动设备、电动车、分布电站、后备电源或通信基站的储能设备。本专利技术实施例提供的锂离子电池阳离子无序富锂正极材料的制备方法，在掺杂高价态金属原子的同时，通过在阴离子位置(O位)掺杂低价态且较轻的F起到双重电荷补偿的作用来提高Li的摩尔配比，同时F的掺杂可以降低重原子的掺杂量，有利于得到纯相，同时保持了材料的比容量。本专利技术提供的锂离子电池阳离子无序富锂正极材料是一种新的锂离子电池正极材料，具有较高的充放电比容量和能量密度，并且合成工艺简单，生产效率高，适宜规模化生产，所需原料易得、无毒、成本低廉，生产过程无需特殊防护，反应条件容易控制，所得到的产物具有产量大、结果重复性好等优点。附图说明下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。图1为本专利技术实施例1提供的锂离子电池阳离子无序富锂正极材料的制备方法流程图；图2为本专利技术实施例2提供的阳离子无序富锂正极材料的X射线衍射图；图3为本专利技术实施例2提供的阳离子无序富锂正极材料在20mA/g电流密度下的放电比容量循环性能图；图4为本专利技术实施例2提供的阳离子无序富锂正极材料在20mA/g电流密度下的放电能量密度循环性能图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，但并不意于限制本专利技术的保护范围。实施例1本专利技术实施例1提供了一种具有纵向孔结构的热解硬碳材料的制备方法，其步骤如图1所示，包括：步骤110，将锂盐与TiO2、TM的氧化物、M的氧化物、氟盐按照Li：(Ti0.5TM0.5)：M：F＝1.2：(0.8-x)：x：y的摩尔比进行球磨混合；其中，锂盐包括LiOH、Li2CO3或Li2O中的任一种；M为过渡金属元素，具体为W、Mo、Nb中的一种，M的氧化物包括WO3、MoO2、Nb2O5中的任一种；TM为对过渡金属进行掺杂取代的元素，TM的氧化物包括NiO、Fe2O3、Co3O4中的任一种；氟盐包括LiF、NH4F中的任一种；x,y的取值满足电荷平衡，并且x≤0.4，y≤0.5。球磨混合具体在球磨罐中进行，按照上述摩尔比将锂盐与TiO2、TM的氧化物、M的氧化物、氟盐至于球磨罐中，以乙醇或丙酮作为液体介质，以350r/min的转速，球磨8-15个小时。步骤120，将球磨混合后的产物晾干、过筛，得到均匀混合的金属盐前驱体；步骤130，将所述金属盐前驱体在2MPa-20MPa的压力下压片，得到片状前驱体；步骤140，将片状前驱体置于马弗炉中，以2℃/min-5℃/min的升温速率升温，在700℃-1000℃下处理2-10小时，自然冷却至室温后即得到所述阳离子无序富锂正极材料。本专利技术制备得到的阳离子无序富锂正极材料，具有无序岩盐结构，属于Fm-3m空间群，其中Li与过渡金属元素、对过渡金属进行掺杂取代的元素占据4b(1/2,1/2,1/2)位置,O占据4a(0,0,0)位置。本专利技术实施例提供的锂离子电池阳离子无序富锂正极材料的制备方法，通过在掺杂高价态金属原子的同时，在阴离子位置(O位)掺杂低价态且较轻的F起到双重电荷补偿的作用来提高Li的摩尔配比，同时F的掺杂可以降低重原子的掺杂量，有利于得到纯相，同时保持了材料的比容量。所提供方法的合成工艺简单，生产效率高，适宜规模化生产，所需原料易得、无毒、成本低廉，生产过程无需特殊防护，反应条件容易控制，所得到的产物具有产量大、结果重复性好等优点。为更好的理解本专利技术提供的技术方案，下述以多个具体实例分别说明应用本专利技术上述实施例提供的制备方法进行阳离子无序富锂正极材料制备的具体过程及其特性。实施例2按照Li：(Ti0.5Ni0.5)：Nb：F＝1.2：0.7：0.1：0.2的摩尔比例将Li2CO3与TiO2、NiO、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池阳离子无序富锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将锂盐与TiO

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池阳离子无序富锂正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将锂盐与TiO2、TM的氧化物、M的氧化物、氟盐按照Li：(Ti0.5TM0.5)：M：F＝1.2：(0.8-x)：x：y的摩尔比进行球磨混合；其中所述锂盐包括LiOH、Li2CO3或Li2O中的任一种，M为过渡金属元素，M的氧化物包括WO3、MoO2、Nb2O5中的任一种，TM为对过渡金属进行掺杂取代的元素，TM的氧化物包括NiO、Fe2O3、Co3O4中的任一种，氟盐包括LiF、NH4F中的任一种；x,y符合电荷平衡，并且x≤0.4，y≤0.5；将球磨混合后的产物晾干、过筛，得到均匀混合的金属盐前驱体；将所述金属盐前驱体在2MPa-20MPa的压力下压片，得到片状前驱体；将片状前驱体置于马弗炉中，以2℃/min-5℃/min的升温速率升温，在700℃-1000℃下处理2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳卫，赵恩岳，禹习谦，李泓，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11