[发明专利]一种新型锂电池正极材料

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种含V₆B₂₀簇化合物的新型锂电池正极材料。

背景技术

锂离子电池作为新一代的绿色储能电池，包含工作电压高，比容量大，循环性能优异，无记忆效应以及无污染等一系列优点。相对负极材料，锂离子电池的正极材料比容量偏低，所以发展锂离子电池的关键在于寻找更加优异的正极材料。正极材料的研究主要集中在第四周期的Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni这几种可变价过渡金属的锂氧化合物上。正极材料经历了从最开始的TiS₂、MoS₂等，到现在市场上常见的LiCoO₂、LiFePO₄，再到近来引起广泛研究的磷酸钒盐（如Li₃V₂(PO₄)₃、LiVPO₄F、LiVOPO₄）正极材料和三元混合材料。

多硼钒氧簇化合物由于含有可变价态的V，具有在电化学方面的广泛应用。作为探索性试验，本文将含有Li⁺的多硼钒氧簇化合物作为锂离子正极材料研究其电化学性能。由于其结构特点作为正极材料有以下优点：1，V具有较高的氧化还原电位从而获得高的工作电压；2，多硼钒氧簇阴离子所带负电荷高，可以容纳大量的抗衡阳离子Li⁺，从而获得高的比容量；3，多硼钒氧簇阴离子体积较大，容易形成较大的孔道，本发明所合成的化合物中存在直径6 Å的孔道，有利于Li⁺的扩散，从而获得好的倍率性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的锂电池正极材料及其制备方法，该锂电池正极材料，具有优良的电化学性能，较高的首次充放电比容量，良好的离子电导率。本发明的原料相对廉价易得、制备方法简单、材料结构清晰准确。

所述一种锂电池正极材料，其是由以下质量分数的原料组分组成的：正极活性材料：80~85wt%，导电材料：10~15wt%，粘接材料：5~10wt%。其正极材料为[Li(H₂O)]₂{[Li(H₂O)]₃[V₆B₂₀O₃₉(OH)₁₁]}(H₂O)₂，导电材料为导电炭，粘接材料为N-甲基-吡咯烷酮。

所述正极材料的具体制备步骤为：

（1）正极活性材料的合成：称取原钒酸钠0.2196g，硼酸1.2006g，草酸0.3636g，乙酸铜0.1518g，氢氧化锂0.1531g，加入6ml蒸馏水，搅拌混合均匀，然后缓慢滴加0.5ml乙二胺，置于磁力搅拌器上搅拌加热，加热至沸腾，当釜内溶液剩余2-3ml时停止加热，使反应物充分溶解，趁热将反应混合液移入23.00ml的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160 °C下恒温120个小时。从烘箱中取出反应釜使其自然冷却，24小时后抽滤得到绿色正六边形的片状晶体。(按钒计算其产率约为68%)。

（2）活性材料的预处理。将晶体材料研磨成粉末，并将粉末置于120 °C的真空干燥箱中干燥24小时，以便最大程度的去除材料中的水分。

（3）正极材料的制备。按照重量分数计，由以下组分按照所示比例制备而成，正极活性材料：80~85%，导电材料：10~15%，粘接材料：5~10%。所述正极材料为[Li(H₂O)]₂{[Li(H₂O)]₃[V₆B₂₀O₃₉(OH)₁₁]}(H₂O)₂，所述导电材料为导电炭，粘结材料为 N-甲基-吡咯烷酮。

本发明的显著优点在于：

1：制备方法简单。只需要将反应原料、蒸馏水以及有机配体置于反应釜中，

并将反应釜置于烘箱中，控制好反应的温度以及时间，使得反应在较低的温度下（160℃）下进行，最终得到反应产物。

2：原料丰富，容易获取，而且价格较低，有应用潜力。

3：该正极材料具有较高的首次放电比容量(89.1 mAh/g) 。

附图说明