本发明专利技术公开了一种金属掺杂碳酸锂柔性材料及其制备方法、应用和电池。所述金属掺杂碳酸锂柔性材料的化学式为Li(<subgt;2‑nx</subgt;)M<supgt;n+</supgt;<subgt;x</subgt;CO<subgt;3</subgt;，Li(<subgt;2‑nx</subgt;)M<supgt;n+</supgt;<subgt;x</subgt;CO<subgt;3</subgt;是通过对母体材料Li<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;进行金属M离子交换得到，其中，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料保持原有Li<subgt;2</subgt;CO<subgt;3</subgt;的晶型，M在占据Li位的同时生成Li空位，M为碱土金属、非锂碱金属、过渡金属和稀土金属中的一种或多种，0＜x＜0.5。本发明专利技术制备的金属掺杂碳酸锂柔性材料具有较好的柔性和较高的离子电导率，且制备方法简单，在应用于锂离子电池时，具有优异的电化学性能，尤其是具有较佳的高倍率放电容量。
1、液态锂离子电池在首次充放电过程中，电极材料与电解液会在固液相界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化膜，这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”，简称sei膜。sei膜是一种界面层，具有固体电解质的特征，是电子绝缘体却是li+的优良导体，li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出。正极材料和负极材料的表面均会有sei膜的形成，sei膜是由电解液中各组分还原分解的不溶性产物组成的，其成分里包括无机成分li2co3、lif等和各种有机成分如roco2li等。
2、sei膜的形成对电极材料的性能产生至关重要的影响。一方面，sei膜的形成消耗了部分锂离子，使得首次充放电不可逆容量增加，降低了电极材料的充放电效率；另一方面，sei膜具有有机溶剂不溶性，在有机电解质溶液中能稳定存在，并且溶剂分子不能通过该层钝化膜，从而能有效防止溶剂分子的共嵌入，避免了因溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏，因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。
3、li2co3本身刚性比较强，其存在于sei膜中会对电池性能产生一系列不利影响，一方面，刚性li2co3的存在会使得sei膜强度增加，从而不利于li+的嵌入和脱出；另一方面，刚性li2co3的存在也会使得sei膜各部分厚度不均一，不能很好地保护电池材料。
>技术实现思路1、本专利技术所解决的技术问题在于克服现有技术中存在的sei膜中刚性li2co3的存在不利于li+的嵌入和脱出以及使得sei膜各部分厚度不均一的缺陷，提供一种金属掺杂碳酸锂柔性材料及其制备方法、应用和电池。本专利技术制备的金属掺杂碳酸锂柔性材料具有较好的柔性和较高的离子电导率，且制备方法简单，在应用于锂离子电池时，具有优异的电化学性能，尤其是具有较佳的高倍率放电容量。
2、本专利技术提供了一种金属掺杂碳酸锂柔性材料li(2-nx)mn+xco3，li(2-nx)mn+xco3是通过对母体材料li2co3进行金属m掺杂得到，m在占据li位的同时生成li空位，这种特殊的结构会使得li(2-nx)mn+xco3中碳酸根的活动空间变大，最终导致li(2-nx)mn+xco3的柔性增强。在将这种柔性的li(2-nx)mn+xco3应用于锂离子电池的电极材料中时，其在首次充放电过程中，会优先生成一层含有柔性物质li(2-nx)mn+xco3的sei膜，覆盖在电极材料表面，减少了sei膜中刚性li2co3的生成，含有柔性物质li(2-nx)mn+xco3的sei膜的生成不仅提升了sei膜的柔性，使得li+的嵌入和脱出更加方便；而且还能使得sei膜各部分厚度更加均一，更好地保护电池材料；最后，li(2-nx)mn+xco3还能作为补锂剂，进一步提升电池的容量。
3、本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题：
4、本专利技术提供了一种金属掺杂碳酸锂柔性材料，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料的化学式为li(2-nx)mn+xco3，li(2-nx)mn+xco3是通过对母体材料li2co3进行金属m离子交换得到，其中，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料保持原有li2co3的晶型，m在占据li位的同时生成li空位，m为碱土金属、非锂碱金属、过渡金属和稀土金属中的一种或多种，0＜x＜0.5。
5、本专利技术中，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料的化学式中的n指金属m的价态数。
6、本专利技术中，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料较佳地属于单斜晶系。
7、本专利技术中，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料的空间群较佳地为c2/c。
8、本专利技术中，所述碱土金属较佳地包括mg、ca、sr和ba中的一种或多种。
9、本专利技术中，所述非锂碱金属较佳地包括na和/或k。
10、本专利技术中，所述过渡金属较佳地包括fe、co、ni、cu和zn中的一种或多种。
11、本专利技术中，所述稀土金属较佳地包括la和/或y。
12、本专利技术中，当所述m为碱土金属时，较佳地，0.05≤x≤0.45，例如0.096、0.15、0.229、0.3、0.366或0.38，更佳地，0.3≤x≤0.4。
13、本专利技术一具体实施方案中，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料的化学式为ca0.096li1.808co3、ca0.229li1.542co3、或ca0.366li1.267co3。
14、本专利技术中，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料的杨氏模量可为0.1-60gpa，例如为0.65gpa、0.68gpa、0.76gpa、0.87gpa、0.93gpa、1gpa、2.03gpa或47.8gpa，较佳地为0.1-5gpa。
15、本专利技术中，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料在25℃的离子电导率可为1*10-8-1*10-7s·cm-1，例如1.3*10-8s·cm-1、2.1*10-8s·cm-1、3.4*10-8s·cm-1、5.2*10-8s·cm-1、5.5*10-8s·cm-1、5.6*10-8s·cm-1或7.9*10-8s·cm-1。
16、本专利技术还提供一种所述金属掺杂碳酸锂柔性材料的制备方法，其包括以下步骤：将含有lico3、“含有所述金属m离子的盐”、和溶剂的混合物进行混合即可；其中，所述lico3和所述“含有所述金属m离子的盐”的摩尔比为1：(0.1-1.3)。
17、本专利技术中，所述lico3可为本领域常规，例如常规市售所得或自行制备。
18、本专利技术中，所述lico3在使用之前较佳地还需进行球磨。所述球磨后的lico3的粒径较佳地为100nm-1μm。
19、本专利技术中，“含有所述金属m离子的盐”较佳地为碱土金属盐、非锂碱金属盐、过渡金属盐和稀土金属盐中的一种或多种。
20、其中，所述碱土金属盐中的碱土金属较佳地包括mg、ca、sr和ba中的一种或多种。
21、本专利技术中，“含有所述金属m离子的盐”较佳地包括所述碱土金属盐和所述过渡金属盐较佳地包括对应金属的卤化物、对应金属的硝酸盐和对应金属的硫酸盐中的一种或多种。
22、其中，所述对应金属的卤化物较佳地为金属氯化物和/或金属溴化物。
23、本专利技术中，当“含有所述金属m离子的盐”为碱土金属盐时，所述碱土金属盐较佳地为cacl2、ca(no3)2、bacl2、mgcl2和srcl2中的一种或多种。
24、本专利技术中，所述溶剂较佳地为能溶解“含有所述金属m离子的盐”的溶剂，例如为水和/或极性有机溶剂。
25、其中，所述水一般为去离子水。
26、其中，所述极性有机溶剂较佳地为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、乙二胺、乙腈、dmf和dmso中的一种或多种，例如乙醇或乙二醇。
27、本专利技术中，所述lico3和“本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属掺杂碳酸锂柔性材料，其特征在于，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料的化学式为Li(2-nx)Mn+xCO3，Li(2-nx)Mn+xCO3是通过对母体材料Li2CO3进行金属M离子交换得到，其中，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料保持原有Li2CO3的晶型，M在占据Li位的同时生成Li空位，M为碱土金属、非锂碱金属、过渡金属和稀土金属中的一种或多种，0＜x＜0.5。
2.如权利要求1所述的金属掺杂碳酸锂柔性材料，其特征在于，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料满足以下条件中的一种或多种：
3.一种如权利要求1或2所述的金属掺杂碳酸锂柔性材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将LiCO3、“含有所述金属M离子的盐”和溶剂的混合物进行混合即可；其中，所述LiCO3和“含有所述金属M离子的盐”的摩尔比为1：(0.1-1.3)。
4.如权利要求3所述的金属掺杂碳酸锂柔性材料的制备方法，其特征在于，“含有所述金属M离子的盐”满足以下条件中的一种或多种：
5.如权利要求3或4所述的金属掺杂碳酸锂柔性材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足以下条件中的一种或多种：
6.如权利要求3或4所述的金属掺杂碳酸锂柔性材料的制备方法，其特征在于，所述混合物的制备方法包括下述步骤：先将所述“含有所述金属M离子的盐”和所述溶剂混合制备得到盐溶液，再将所述LiCO3加入到所述盐溶液中，即可；
7.如权利要求3或4所述的金属掺杂碳酸锂柔性材料的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为在所述溶剂的凝固点以上、沸点以下10℃；
8.如权利要求3所述的金属掺杂碳酸锂柔性材料的制备方法，其特征在于，“含有所述金属M离子的盐”为碱土金属盐，所述LiCO3和所述碱土金属盐的摩尔比为1：(0.2-1.1)，所述溶剂为乙二醇；
9.一种如权利要求1或2所述的金属掺杂碳酸锂柔性材料在电池中的应用。
10.一种电池，其特征在于，其包括正极、负极、电解质和隔膜，所述正极、所述负极、所述电解质和所述隔膜中的一种或多种包括如权利要求1或2所述的金属掺杂碳酸锂柔性材料。
...
【技术特征摘要】
1.一种金属掺杂碳酸锂柔性材料，其特征在于，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料的化学式为li(2-nx)mn+xco3，li(2-nx)mn+xco3是通过对母体材料li2co3进行金属m离子交换得到，其中，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料保持原有li2co3的晶型，m在占据li位的同时生成li空位，m为碱土金属、非锂碱金属、过渡金属和稀土金属中的一种或多种，0＜x＜0.5。
2.如权利要求1所述的金属掺杂碳酸锂柔性材料，其特征在于，所述金属掺杂碳酸锂柔性材料满足以下条件中的一种或多种：
3.一种如权利要求1或2所述的金属掺杂碳酸锂柔性材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将lico3、“含有所述金属m离子的盐”和溶剂的混合物进行混合即可；其中，所述lico3和“含有所述金属m离子的盐”的摩尔比为1：(0.1-1.3)。
4.如权利要求3所述的金属掺杂碳酸锂柔性材料的制备方法，其特征在于，“含有所述金属m离子的盐”满足以下条件中的一种或多种：
5.如权利要求3或4所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄富强，曹宇舸，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。