[发明专利]正极电极材料及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极材料及其制备方法，特别是一种正极材料及其制备方法。

背景技术

Li_xM_yM’_z（RO₄）_n型化合物可作为锂离子二次电池、电化学电容器的电极材料，其中，0＜x≤3，0≤y≤2，0≤z＜0.5，1≤n≤3，M是元素周期表第21-30号元素中的一种以上元素，M’是Mg、Ca、Al、Zn中的一种以上元素，R是S、P或Si。

Li_xM_yM’_z（RO₄）_n型化合物的特点是导电性通常较低，在制备电极材料或电极、以及在使用时需要添加导电剂增加其导电性能，现有技术采用的导电剂类型有碳类和金属类，金属类导电剂包括Au、Ag。金属类导电剂价格昂贵，所以常用的导电剂是碳类导电剂。现有技术在制备电极材料时以包覆或掺杂的方式，添加有机碳源，经过高温碳化处理形成导电剂，或在制备电极时直接在电极材料中添加无机碳。上述方法不能很好改善Li_xM_yM’_z（RO₄）_n型化合物的导电性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种正极电极材料及其合成方法，要解决的技术问题是提高Li_xM_yM’_z（RO₄）_n型化合物的导电性能。

本发明采用以下技术方案：一种正极电极材料，通式为CN/Li_xM_yM’_z（RO₄）_n，在Li_xM_yM’_z（RO₄）_n型化合物中包覆或掺杂有碳氮化合物（CN），碳氮化合物中，碳所占的元素比为1-99.9%，氮所占的元素比例为0.01-70%，碳氮化合物的质量为CN/Li_xM_yM’_z（RO₄）_n质量的0.1-30%，其中，0＜x≤3，0≤y≤2，0≤z＜0.5，1≤n≤3，M是元素Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的一种以上，M’是Mg、Ca、Al、Zn中的一种以上，R是S、P或Si，CN/Li_xM_yM’_z（RO₄）_n为橄榄石型结构或Nasicon结构；

所述碳氮化合物（CN）源为含碳氮三键的化合物丙烯腈、聚丙烯腈、乙腈、苯乙腈、己二腈、氰、氢氰酸、氰化钠、氰化钾，含碳氮双键的化合物希夫碱、一级醛亚胺、二级醛亚胺、一级酮亚胺、二级酮亚胺、醛肟、酮肟、二苯甲酮腙、羰基氰化物间氯苯腙，含碳氮元素的化合物吡啶、吡啶类、吡咯、吡咯类、硝基苯、基苯酚（苦味酸）、三硝基甲苯、三硝基间苯二酚、硝化甘油、亚硝基苯、亚硝胺、醛肟、酮肟，碳单质或含碳化合物与氮单质或含氮化合物的混合物，其中的一种以上；

所述含碳化合物为有机碳源葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、山梨糖、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、淀粉、纤维素及其酯、乙烯-环氧乙烷聚合物或呋喃醇的聚合物、柠檬酸；无机碳源乙炔黑、碳纳米管、碳纳米纤维；气体碳源为乙炔、甲烷、乙烷；

所述含氮化合物为硝酸、硝酸盐、一氧化二氮、一氧化氮、三氧化二氮、二氧化氮、四氧化二氮、五氧化二氮。硝酸盐为硝酸铁、硝酸锂。

一种正极电极材料的合成方法，包括以下步骤：

一、混合，按Li元素，M中包含的Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn元素，M’中包含的Mg、Ca、Al、Zn元素，R的S、P或Si元素，物质的量的配比：0＜Li≤3∶0≤M≤2∶0≤M’＜0.5∶1≤R≤3，CN源占Li源、M源、M’源、R源和CN源前躯体物料总质量的0.1-60%，将Li源、M源、M’源、R源和CN源混合，得到前驱体；