氟化碳酸盐材料及其制备方法、正极极片和电池技术

本发明专利技术提供了一种氟化碳酸盐材料及其制备方法、正极极片和电池。氟化碳酸盐材料制备简单，原料资源丰富、成本低廉，可以应用于碱金属(离子)二次电池正极活性材料。应用本发明专利技术的氟化碳酸盐材料的锂(离子)、钠(离子)和钾(离子)二次电池，具有较高的工作电压和首周库仑效率、循环稳定、安全性能好，可广泛应用于碱金属(离子)二次电池。

Fluorinated carbonate material, process for producing the same, positive electrode plate and battery

The present invention provides a fluorinated carbonate material and a method for producing the same, a positive electrode plate and a battery. The fluorinated carbonate material is simple in preparation, rich in material resources and low in cost, and can be applied to the active material of alkali metal (ion) two cell anode. The application of the invention of fluorinated materials for lithium carbonate (ion), sodium (potassium ion) and two (ion) battery, the working voltage is higher and the first week of coulombic efficiency and cycle stability, good safety performance, can be widely used in alkali metal (ion) battery two.

【技术实现步骤摘要】
氟化碳酸盐材料及其制备方法、正极极片和电池
本专利技术属于电池材料领域，具体地，本专利技术涉及一种氟化碳酸盐材料、其制备方法、正极极片和电池。
技术介绍
随着便携式电子设备和电动汽车的快速发展，人们对高性能二次电池的需求日益迫切。特别是对材料的能量密度和循环稳定性要求更高。然而，正极材料的比容量低已成为一个瓶颈，限制其能量密度的增加。此外，由于含有储量较低的钴和镍等，传统正极材料如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和LiCoO2等价格昂贵，因此有必要以储量丰富的过渡金属(如铁)为主体的电极材料替代传统正极材料。综合考虑正极材料结构的稳定性、安全性和成本等因素，人们研究了众多含聚阴离子如包含[SiO4]4-和[SO4F]3-的正极材料。其中，硼酸铁锂(LiFeBO3)的可逆容量大于190mAhg-1，该材料的倍率性能较差；硅酸铁锂(Li2FeSiO4)得充电容量达165mAhg-1，但循环性能很差。类似地，LiFeSO4F的容量衰减也较迅速。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种氟化碳酸盐材料及其制备和应用。氟化碳酸盐AaMb(CO3F)c(b>本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氟化碳酸盐材料，其特征在于，该氟化碳酸盐材料由通式AaMb(CO3F)c表示，其中0≤a≤1，0<b≤1，c≥1，A为碱金属元素，M为过渡金属元素或者对过渡金属进行掺杂、取代的元素；优选地，所述碱金属元素为Li

【技术特征摘要】
1.一种氟化碳酸盐材料，其特征在于，该氟化碳酸盐材料由通式AaMb(CO3F)c表示，其中0≤a≤1，0<b≤1，c≥1，A为碱金属元素，M为过渡金属元素或者对过渡金属进行掺杂、取代的元素；优选地，所述碱金属元素为Li+、Na+或K+；所述过渡金属元素为Fe2+，Mn2+，Co2+，Ni2+，Sr2+，Cr3+，V3+，Zr4+，Sn4+，V4+，Mo4+，Mo5+，Ru4+，Nb5+，Sb5+中的一种或者多种；对过渡金属进行掺杂、取代的元素为Mg2+，Zn2+，Ca2+，Ba2+，Al3+，B3+，Co3+，Si4+，Ti4+中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的氟化碳酸盐材料，其特征在于，所述氟化碳酸盐材料具有正交晶系晶体结构。3.根据权利要求1或2所述的氟化碳酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述方法为固相法，包含以下步骤：(1)将碱金属氟化物和过渡金属碳酸盐按比例混合成前驱体；优选地，所述碱金属氟化物为氟化锂、氟化钠、氟化钾；更优选地，所述碱金属氟化物中碱金属的化学计量为100wt％～108wt％；(2)在所述前驱体中加入乙醇，采用球磨的方法将其均匀混合得到前驱体粉末；优选地，所述粉末与乙醇的质量比为1:1，磨球直径为1mm，3mm和5mm，磨球数量配比为3：1：1，球磨机转速为300转每分钟，球磨时间为8小时，球料比为1：1；(3)将所述前驱体粉末置于管式炉内烧结，优选地，所述烧结温度为500℃～750℃，所述烧结时间为12～24小时；更优选地，所述烧结温度为600℃～750℃，所述烧结时间为12～18小时；最优选地，所述烧结温度为700℃，所述烧结时间为15小时；(4)将烧结后的粉末进行研磨，得到所述氟化碳酸盐材料AaMb(CO3F)c。4.根据权利要求1或2所述的氟化碳酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述方法为喷雾干燥法，包含以下步骤：(1)将碱金属氟化物和过渡金属碳酸盐按比例混合；优选地，所述碱金属氟化物为氟化锂、氟化钠、氟化钾；更优选地，所述碱金属氟化物的量为碱金属化学计量的100wt％～108wt％；(2)在所述混合物中加入乙醇，球磨后得到均匀浆料；优选地，所述粉末与乙醇的质量比为1:1，磨球直径为1mm，3mm和5mm，磨球数量配比为3：1：1，球磨机转速为300转每分钟，球磨时间为8小时，球料比为1：1；(3)对所述浆料进行喷雾干燥后得到前驱体粉末；优选地，干燥温度为120℃；(4)将所述前驱体粉末进行热处理，优选地，所述热处理温度为500℃～750℃，所述热处理时间为12～24小时；更优选地，所述热处理温度为600℃～750℃，所述热处理时间为12～18小时；最优选地，所述热处理温度为700℃，所述时间为15小时；(5)将热处理后的粉末进行研磨，得到所述氟化碳酸盐材料AaMb(CO3F)c。5.根据权利要求1或2所述的氟化碳酸盐材料的制备方法，其特征在于，所述方法为溶胶-凝胶法，包含以下步骤：(1)将碱金属乙酸盐、过渡金属的硝酸盐和掺杂元素的硝酸盐溶于一定体积的去离子水，加入柠檬酸，得到前驱体凝胶；优选地，所述碱金属乙酸盐为乙酸锂、乙酸钠、乙酸钾；更优选地，所述碱金属乙酸盐的量为碱金属的化学计量的100wt％～108wt％；和/或所述去离子水体积为20～200ml，优选为50～150ml，最优选为100ml；乙酸盐：硝酸盐：柠檬酸的摩尔比为1：1：4，乙酸盐为0.1mol，硝酸盐0.1mol，柠檬酸0.4mol；(2)将所述前驱体凝胶置于坩埚中，在CO2气氛下煅烧；优选地，所述煅烧温度为250℃～500℃，所述煅烧时间为0.5～8小时；更优选地，所述煅烧温度为350℃～450℃，所述煅烧时间为2～6小时；最优选地，所述煅烧温度为400℃，所述煅烧时间为4小时；(3)对煅烧后的前驱体粉末与碱金属氟化物混合进行热处理；优选地，所述热处理温度为500℃～750℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：田萌，王兆翔，陈立泉，
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