[发明专利]一种以MOF为碳源的碳包覆高容量富锂锰基三元正极材料以及制备方法

说明书

本发明公开了一种以MOF为碳源的碳包覆高容量富锂锰基三元正极材料以及制备方法。本发明的制备方法的具体步骤如下：（1）将含锂溶液加入到含有锰盐、镍盐、钴盐和过硫酸铵的混合溶液中，经搅拌混合，再置于水热釜中进行水热反应；水热反应结束后，抽滤、洗涤、干燥得到三元富锂锰基材料；（2）将三元富锂锰基材料通过球磨法与以金属有机框架化合物MOF为主要成分的碳源混合球磨，球磨结束后，干燥，对得到的样品进行热处理，得到以MOF为碳源的碳包覆高容量富锂锰基三元正极材料。本发明方法合成的三元富锂正极材料首次放电容量高、循环性能好。

技术领域

本发明涉及到一种以MOF为碳源的碳包覆高容量富锂锰基三元正极材料以及制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

随着社会发展，高能量密度，高循环性能，高安全性的可移动便携式储能装置越来越受到人们关注，在航空航天领域、交通领域以及军事领域越来越显的尤为重要，特别是近年来，随着环境污染加重和能源紧缺，传统能源汽车正逐步退出历史舞台，随之而来的是可充电新能源汽车不断发展，但也带来一系列问题，续航里程不足，使用寿命差，充电时间长和安全性问题。

汽车领域是推动便携式储能装置发展的根本动力，目前电动汽车所使用的储能装置主要是锂离子电池，而正极材料决定锂离子电池容量和能量密度，直接影响到汽车的续航里程。故找到一种具有较高容量、较好循环性能和安全性能的正极材料显得尤为重要。目前锂离子电池正极材料主要使用的有LiCoO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄和LiMO₂(M=Ni CoMn)，其中LiCoO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄能量密度低，循环性能也较差，钴金属相对较贵。其中具有橄榄石结构的LiFePO₄循环性能相对较好，具有较好商业化应用，但其可逆容量较低。

目前具有层状结构的三元正极材料有较高理论容量和较高放电平台成为较好的研究对象，但其容量损失较高。目前主要合成三元富锂正极材料的方法有共沉淀法、溶胶凝胶法、固相法、水热法等，其制备的电极材料在25mA/g充放电电流下，首次放电容量在250mAh/g左右，且循环性能较差，多使用表面包覆等方式进行改性，提高其循环性能。

金属-有机框架（Metal-Organic Frameworks），简称MOFs，是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。MOFs在氢气存储、气体吸附与分离、传感器、药物缓释、催化反应等领域都有潜在的重要应用。随着MOFs材料种类的日益增多以及复合MOFs材料的逐渐兴起，MOFs材料将有不可估量的应用前景。将MOFs碳化后包覆在电极材料表面，可以提升电极材料的电化学性能。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明的目的在于提供一种以MOF为碳源的碳包覆高容量富锂锰基三元正极材料以及制备方法。本发明制备方法简单，制得的富锂锰基三元正极材料首次放电容量高，循环性能好。

本发明提供一种以MOF为碳源的碳包覆高容量富锂锰基三元正极材料的制备方法，

具体步骤如下：

（1）将含锂溶液加入到含有锰盐、镍盐、钴盐和过硫酸铵的混合溶液中，经搅拌混合，再置于水热釜中进行水热反应；水热反应结束后，抽滤、洗涤、干燥得到三元富锂锰基材料；

（2）将三元富锂锰基材料通过球磨法与以金属有机框架化合物MOF为主要成分的碳源混合球磨，球磨结束后，干燥，对得到的样品在惰性气氛下进行热处理，得到以MOF为碳源的碳包覆高容量富锂锰基三元正极材料；其中：金属有机框架化合物MOF占碳源总质量的50~90%；碳源中除了含有金属有机框架化合物MOF外，还含有葡萄糖、聚乙烯醇、蔗糖或维生素C中一种或几种物质。