一种卤化物基正极活性材料及其合成方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种卤化物基正极活性材料及其制备方法、含有所述正极活性材料的电池正极片和锂电池，所述正极活性材料的分子式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种卤化物基正极活性材料及其合成方法与应用


[0001]本公开了涉及锂离子电池用正极活性物质、电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着人们对移动设备的需求日益增加，二次电池作为一种重要的能源形式受到越来越多的关注。锂二次电池具有高能量密度、高电压、长循环寿命和低自放电率等优势，因此在电动汽车、智能手机、平板电脑等领域得到广泛应用和商品化。然而，锂二次电池的液态电解质存在着燃烧、泄漏等安全问题，限制了其进一步的发展和应用。因此，人们开始关注更加安全可靠的储能器件——全固态锂离子电池。
[0003]相对于液态锂离子电池，全固态锂离子电池具有更高的能量密度、更长的寿命和更低的自放电率，而且不含可燃液态电解质，具有更高的安全性和稳定性。全固态锂离子电池的复合电极是其关键组成部分，其性能好坏显著决定了固态电池的能量密度、倍率、循环稳定性等性能。因此，发展性能更优的复合电极对于实现全固态锂离子电池的商业化和应用至关重要。
[0004]目前，受限于正极材料的低离子、电子传输能力，固态复合电极结构通常需要添加许多电解质或者导电碳，这显著降低了全电池的能量密度。同时，复合电极也具有一些本征的缺点，比如界面反应严重、离子传输曲率高、需要额外的制备工序。因此，本征具有高离子导、电子导的正极活性材料构成的一体化正极有希望解决以上复合电极的缺陷。但是，现有一体化正极材料体系仍然面临能量密度低、倍率性能差等问题，整体性能远低于现有商业化正极材料。

技术实现思路

[0005]鉴于
技术介绍
中存在的问题，本申请的目的在于提供一种正极活性材料、正极极片及锂离子二次电池，其能够实现一体化正极电极设计，提供优异的倍率性能及能量密度。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术一方面提供一种卤化物正极活性材料，所述正极活性材料的分子式为Li
x
M
y
Cl4，其中M是选自Fe、Mg、Co、Ni、Mn、Ti、Cr、V、Sc、Nb、Ta、Zr及Hf中的一种或其组合, 0＜x ≤ 3, 0＜y ≤ 2。所述正极活性材料的锂离子电导率为10
‑5–
10
‑2S/cm。
[0007]进一步地，Li
x
M
y
Cl4中的Cl可以被X阴离子部分取代，X为F、Br、I、O、S中的一种或其组合，所述正极活性材料分子式为Li
x
M
y
Cl4‑
z
X
z
,0＜x≤ 3, 0＜y≤2, 0≤z≤2。
[0008]其中电池用正极活性复合物，包含所述化合物作为主成分；包含所述化合物作为次要成分或电解质。
[0009]本专利技术的第二方面提供一类锂电池正极片，所述锂电池正极片含有本专利技术的通式Li
x
M
y
Cl4‑
z
X
z
所示的正极活性材料。
[0010]本专利技术更进一步公开了一种正极极片，其特征在于，包括：正极集流体；正极膜片，设置于所述正极集流体的至少一个表面，所述正极膜片包
括正极活性材料。
[0011]一种锂电池，具备正极、负极以及所述正极与负极之间的电解质（液）层，其特征在于包括本专利技术第二方面提供的正极极片。所述锂电池正极片还可能含有导电材料、粘结剂；所述的导电材料可为导电碳黑，碳纳米管等；所述的粘结剂材料可为聚偏二氟乙（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）等。
[0012]Cl进一步可以被X阴离子部分取代，X为F、Br、I、O、S中的一种或其组合，分子式为Li
x
M
y
Cl4‑
z
X
z
,0＜x≤ 3, 0＜y≤2, 0≤z≤2。
[0013]本专利技术进一步公开了卤化物基正极活性材料在用于提高锂电池倍率性能及能量密度方面的应用。实验结果显示：本专利技术提供的正极活性材料由于具有特定的化学组成，并且锂离子电导率为10
‑5–
10
‑2S/cm,从而降低复合电极中电解质等非活性物质的使用量。根据本专利技术，能够增加固态电池的整体能量密度。
[0014]本专利技术优选的实施方式如下：实施方式一：实施方式一中的电池用正极活性物质，可能具有属于空间群Cmmm、Imma、C2/m或Fd
‑
3m的晶体结构，并由下述组成式(1)表示的化合物Li
x
M
y
Cl4···
式（1）其中，所述M是选自Fe、Mg、Co、Ni、Mn、Ti、Cr、V、Sc、Nb、Ta、Zr及Hf中的一种或其组合，满足0＜x≤ 3, 0＜y≤2。优选的，所述M为Fe、Ti、V。
[0015]进一步地，通过阴离子掺杂取代Cl，得到下述组成式(2)表示的化合物Li
x
M
y
Cl4‑
z
X
z
···
式（2）X为F、Br、O、S中的一种或其组合，满足0＜x≤ 3, 0＜y≤2, 0≤z≤2。
[0016]优选的，所述正极活性材料具有Cmmm空间群，并所述M选用Fe元素。
[0017]将锂的前驱体、M的前驱体的混合物放入球磨罐中，使用行星球磨机等装置，原料粉在球磨罐中互相碰撞发生机械化学反应，生成目标产物。原料粉在球磨罐中可以是真空或者受惰性气体保护（如氮气、氩气、氦气等）。
[0018]优选地，所述球磨转速为200～600 rpm；优选地，所述球磨的时间为5～20h；进一步地，为了提高正极活性材料地热稳定性，可将球磨后产物于惰性气体条件下进行煅烧。
[0019]优选地，所述煅烧包括：将温度由室温升至温度为100～600℃，并于100～600℃的条件下进行保温，再将所述保温的温度降至室温。
[0020]第一实施方式所得的电解质材料也可为结晶相和非晶相的混合。
[0021]第一实施方式中所得的电解质材料的形状没有限定，如颗粒状、层状、针状等等。
[0022]第一实施方式中所得电解质材料的尺寸没有限定。优选的颗粒尺寸在0.1
µ
m以上到10
µ
m以下。
[0023]实施方式二：一种锂电池，具备正极极片、负极极片以及所述正极与负极之间的电解质（液）层。所述正极、负极和电解质层中至少一者含有第一实施方式中所述正极活性材料。
[0024]电解质层在正极和负极之间。
Energy Letters6,9(2021): 3072
‑
3077.），测试结果如表1所示。
[0036]实施例2一种正极活性材料，其化学式为Li
1.6
Fe
1.2
Cl4除原料更改为LiCl和FeCl2以外，程序步骤与实施例1相同，其中x=1.6, y=1.2, z=0 的情况。
[0037]实施例3一种正极活性材料，其化学式为Li2FeCl4除原料更改为L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卤化物基正极活性材料，其特征在于，所述正极活性材料的分子式为Li
x
M
y
Cl4，其中M是选自Fe、Mg、Co、Ni、Mn、Ti、Cr、V、Sc、Nb、Ta、Zr及Hf中的一种或其组合, 0＜x ≤ 3, 0＜y ≤ 2；所述正极活性材料的锂离子电导率10
‑5‑
10
‑2S/cm；Cl进一步可以被X阴离子部分取代，X为F、Br、I、O、S中的一种或其组合，分子式为Li
x
M
y
Cl4‑
z
X
z
,0＜x≤ 3, 0＜y≤2, 0≤z≤2。2.权利要求1所述的卤化物基正极活性材料，其中电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙学良，傅佳敏，
申请(专利权)人：银叶元素公司，
类型：发明
国别省市：