[发明专利]一种单晶颗粒的制备方法及其在二次电池中的应用

说明书

本发明公开了一种制备单晶颗粒且粒径大小可调控的方法及其作为二次电池材料的应用。本发明所提供的制备方法至少包括：配制出一定浓度的碱金属盐(碱土金属盐)和过渡金属盐以及酸化处理的单体混合溶液，然后进行充分的搅拌和加成热聚合反应，再将热聚合体积膨胀后的粉体进行烧结即可得到所述材料。该制备方法能够保证成品是单晶颗粒且元素均匀分布，工艺流程简单而且降低了煅烧温度，原料易得，适宜大规模生产，电化学性能优异，实用化程度高，有较好的工业应用的前景。

技术领域

本发明属于能源材料制备和电化学领域，具体涉及一种粒径大小可调控的单晶颗粒的合成方法及其作为二次电池的应用。

背景技术：

科技社会的发展对计算机，通信和消费类电子产品的使用要求不断提高，传统的化学电源(铅酸电池、铁镍电池、碱性电池和镍氢电池等)已不能满足人们日益增长的生活需求。另外，交通工具采用电动或者混合动力代替燃油气型交通设备可以有效解决能源危机及环境污染等问题。所以研发具有高比能量、高功率密度、环保且低成本化学电源已成为电池行业发展的重点。锂离子二次电池因其高开路电压、高能量密度、长使用寿命、放电电压稳定、无记忆效应、无污染及自放电率低等优点在二十世纪末得到了快速发展，已成为小型电池领域的首选，同时有望应用于纯电动汽车(EV)及混合动力汽车(HEV)等高容量、高功率密度型动力电池中。另外钠元素在地壳中的丰度为2.3-2.8％，使得钠离子电池非常廉价，能用于大规模储能装置。所以对二次电池的研究和开发具有非常重要的现实意义和广阔的发展前景。

目前合成二次电池电极材料的方法主要包括固相法、液相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、熔盐法和聚合物模板法等。固相法操作简单，但是混料不均匀，产品颗粒比较大而且粒径分布范围宽，所需煅烧温度高。然而为了获得较好的电化学性能，所合成的目标材料一般具备粒径均一，元素分布均匀，晶体结构完整的特点；中国专利200410041015.9中采用液相法采用Co-60作放射源，通过γ射线辐射并引发溶液中的聚合物单体聚合得到混合均匀的高分子凝胶，显著降低烧结温度和缩短烧结的时间，但是成本较高，潜在的危险性较大；共沉淀法是常采用的合成方法，但是工艺复杂且调节控制比较严格；溶胶-凝胶法具有合成温度低，粒径均匀的优点，但是不利于工业化的生产，耗能较高；水热法可以制备得到特殊形貌的材料，而且电化学性能较好，但设备要求高，不利于连续化生产；熔盐法制备的材料结晶度高，但是工艺流程长，且耗水量大。另外，中国专利200910052490.9中采用聚合物作为模板剂的合成锰酸锂正极材料，但是所得到材料的粒径范围为10nm-800nm，分布较宽。所以目前亟需一种操作安全简单，成本较低，具有普适性的合成方法制备出粒径大小分布均匀，纯度高且性能优异的单晶二次电池电极材料。

现有技术1：CN104302390A，20150121

公开了一种金属氧化物复合物及其成型方法,其中具体公开了采用金属氧化物、单体、分散剂生成浆料，进行聚合得到复合物凝胶、进一步煅烧得到金属氧化物复合物。其中背景技术第【0013】、【0014】段提出聚合-煅烧法制备金属氧化物用于固态氧化物燃料电池方面的应用。

现有技术2：CN101567440A，20091028

公开了一种锂离子电池锰酸锂正极材料的制备方法，将前驱体与聚合物混合后，煅烧去除聚合物模板得到相应的金属氧化物；其中聚合物模板包括如聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等。

现有技术3：CN103515585A，20140115

公开了一种锂二次电池用正极材料，其中具体为锂过渡金属氧化物，主要着重研究在烧成程序中加入Na化合物，而进行钠离子掺杂，讨论掺杂含量对电池性能的影响。

现有技术4：CN104507865A，20150408

公开了一种多晶锂锰氧化物正极活性材料，其中采用硼涂覆层进行改性抑制正极活性物质与电解液之间的副反应。