一种改性高铁酸盐正极材料及其制备方法与锂离子电池技术

本发明专利技术涉及一种改性高铁酸盐正极材料及其制备方法与锂离子电池，所述改性高铁酸盐正极材料为核壳结构，包括内核高铁酸盐和包覆于内核表面的壳层金属氧化物；所述包覆的方法为液相包覆。本发明专利技术中采用了金属氧化物表面包覆缓解了内核高铁酸盐与空气、水蒸汽的接触，提高了其作为正极材料的循环性能和储存性能，降低了自分解的速率。低了自分解的速率。

【技术实现步骤摘要】
一种改性高铁酸盐正极材料及其制备方法与锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池正极制造
，涉及一种改性高铁酸盐正极材料，尤其涉及一种改性高铁酸盐正极材料及其制备方法与锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着消费类电子产品以及新能源汽车的广泛发展，锂离子电池的能量密度被提出了更高的要求。高能量密度的锂离子电池需要有高比容量的正极材料与之匹配，LCO、LFP或NCM作为目前应用广泛应用的正极材料，其实际比容量均在200mAh/g之下，难以满足能量密度的要求。高铁酸盐(XFeO4)是一种新型的正极材料，其中的Fe处于正六价，氧化还原电位较高，且反应具有可逆性。高铁酸盐充放电过程中Fe在+6价与+3价之间变化，为转化型正极，其理论比容量较高，如K2FeO4其理论比容量高达406mAh/g，远超目前常用的正极材料，且K2FeO4是一种常用的净水剂，制备工艺成熟且简单，价格低廉且环保，极具成为新一代正极材料的潜力。
[0003]尽管K2FeO4的氧化还原电位较高、比容量高，但因其中的Fe处于+6价，其在循环过程中极易发生自分解反应(4K2FeO4＝2Fe2O3+3O2+4K2O)；另一方面，高铁酸钾极易与空气中的水反应(4K2FeO4+10H2O
═
4Fe(OH)3↓
+8KOH+3O2↑
)，这使得K2FeO4难以存储且循环稳定性较差(仅可循环100圈左右)，目前研究人员对高铁酸盐正极材料研究较少，对正极材料常用的改性技术如表面包覆、掺杂等在高铁酸盐上均没有得到应用。r/>[0004]CN 105047876A公共了一种高铁电池复合正极材料的制备方法，通过在高铁酸钾表面包覆一层导电聚合物，导电聚合物能够阻碍高铁酸钾与电解液的接触，同时增强电极材料的导电性，降低电极中电荷转移电阻，而提高了高铁酸盐正极材料的利用率，而高铁酸盐正极材料作为碱性高铁电池的正极材料，让高铁酸钾电池发展及其应用有广阔的前景。
[0005]CN 112447954A涉及一种石墨烯修饰的高铁酸盐材料及其制备方法和应用，所述方法：制备强酸性氧化石墨，用含有氮甲基吡咯烷酮和无水乙醇的混合液多次清洗，得到中性氧化石墨，用水将中性氧化石墨分散均匀，得到氧化石墨水分散液；以抗坏血酸为还原剂，在超声辅助的水热条件下将氧化石墨水分散液中的氧化石墨还原成化学还原石墨烯，然后经过抽滤和干燥，得到化学还原石墨烯；将高铁酸盐和化学还原石墨烯乙醇分散液通过共沉积法制得石墨烯修饰的高铁酸盐材料。该专利技术通过共沉积法将化学还原石墨烯包覆于高铁酸盐表面，显著提高了高铁酸盐在潮湿环境和饱和KOH溶液中的稳定性，以及与Zn组成的碱性超铁电池在多种情况下的实际放电性能。
[0006]以上技术方案中，没有改善高铁酸盐作为正极材料的存储性能和循环性能，也没有充分考虑高铁酸盐的本征缺陷，如遇水易分解，易自放电分解等。
[0007]因此，如何提高高铁酸盐作为正极材料的存储性能和循环性能，并且在制备过程中充分避开高铁酸盐的本征缺陷，是锂离子电池正极材料制造
亟需解决的问题。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种改性高铁酸盐正极材料及其制备方法与锂离子电池，采用了金属氧化物表面包覆缓解了内核高铁酸盐与空气、水蒸汽的接触，提高了其作为正极材料的循环性能，降低了自分解的速率。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种改性高铁酸盐正极材料，所述改性高铁酸盐正极材料为核壳结构，包括内核高铁酸盐和包覆于内核表面的壳层金属氧化物；
[0011]所述包覆的方法为液相包覆。
[0012]本专利技术中采用了金属氧化物表面包覆缓解了内核高铁酸盐与空气、水蒸汽的接触，提高了其作为正极材料的循环性能和储存性能，降低了自分解的速率。
[0013]采用液相包覆法相较于传统固相包覆，更易于形成核壳结构，其包覆层具有更均匀稳定且更致密的特点。
[0014]优选地，所述金属氧化物中的金属包括铝。
[0015]优选地，以质量百分数计，所述改性高铁酸盐正极材料中金属氧化物的质量为2～5wt％，例如可以是2wt％、2.5wt％、3wt％、4wt％或5wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0016]优选地，以质量百分数计，所述改性高铁酸盐正极材料中高铁酸盐的质量为95～98wt％，例如可以是95wt％、95.5wt％、96wt％、97wt％或98wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0017]优选地，所述改性高铁酸盐正极材料的粒径为5～10μm，例如可以是5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，所述改性高铁酸盐正极材料的壳层厚度为15～60nm，例如可以是15nm、20nm、25nm、30nm、40nm、50nm、55nm或60nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种根据第一方面所述改性高铁酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
[0020](1)混合金属源、高铁酸盐原料和溶剂，得到混合物；
[0021](2)煅烧步骤(1)所得混合物，得到所述改性高铁酸盐正极材料。
[0022]本专利技术中在溶剂中将高铁酸盐和金属源进行了预混，而后得到在溶剂中预混的固态混合物，避免了高铁酸盐在高温下或制备过程中自分解，提高了产率。
[0023]优选地，步骤(1)所述金属源包括金属氧化物、金属氢氧化物、金属异丙基氧化物或金属盐中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括金属氧化物和金属氢氧化物的组合，金属氢氧化物和金属异丙基氧化物的组合，金属异丙基氧化物和金属盐的组合，金属氧化物、金属氢氧化物和金属异丙基氧化物的组合，金属氢氧化物、金属异丙基氧化物和金属盐的组合，或金属氧化物、金属氢氧化物、金属异丙基氧化物和金属盐的组合。
[0024]优选地，步骤(1)所述金属源中的金属包括铝源。
[0025]优选地，步骤(1)所述溶剂包括有机溶剂。
[0026]优选地，步骤(1)所述有机溶剂包括甲醇、乙醇或丙酮中的任意一种或至少两种的
组合，典型但非限制性的组合包括甲醇和乙醇的组合，乙醇和丙酮的组合，甲醇和丙酮的组合，或甲醇、乙醇和丙酮的组合。
[0027]优选地，步骤(1)所述高铁酸盐原料的粒径范围为5～10μm，例如可以是5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0028]优选地，步骤(1)所述金属源与溶剂的液固比为35～85mL/g，例如可以是35mL/g、45mL/g、55mL/g、65mL/g、75mL/g或85mL/g，但不限于所列举的数值，数值范围内其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性高铁酸盐正极材料，其特征在于，所述改性高铁酸盐正极材料为核壳结构，包括内核高铁酸盐和包覆于内核表面的壳层金属氧化物；所述包覆的方法为液相包覆。2.根据权利要求1所述的改性高铁酸盐正极材料，其特征在于，所述金属氧化物中的金属包括铝；优选地，以质量百分数计，所述改性高铁酸盐正极材料中金属氧化物的质量为2～5wt％；优选地，以质量百分数计，所述改性高铁酸盐正极材料中高铁酸盐的质量为95～98wt％；优选地，所述改性高铁酸盐正极材料的粒径为5～10μm；优选地，所述改性高铁酸盐正极材料的壳层厚度为15～60nm。3.一种根据权利要求1或2所述改性高铁酸盐正极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)混合金属源、高铁酸盐原料和溶剂，得到混合物；(2)煅烧步骤(1)所得混合物，得到所述改性高铁酸盐正极材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述金属源包括金属氧化物、金属氢氧化物、金属异丙基氧化物或金属盐中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述金属源中的金属包括铝源；优选地，步骤(1)所述溶剂包括有机溶剂；优选地，步骤(1)所述有机溶剂包括甲醇、乙醇或丙酮中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述高铁酸盐原料的粒径范围为5～10μm；优选地，步骤(1)所述金属源与溶剂的液固比为35～85mL/g；优选地，步骤(1)所述高铁酸盐原料与溶剂的液固比为2～5mL/g。6.根据权利要求3
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5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合在惰性气体和/或氮气气氛下进行；优选地，所述惰性气体包括氩气和/或氦气；优选地，步骤(1)所述混合后还包括搅拌；优选地，所述搅拌的转速为...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟兰，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：