[发明专利]一种硫化物玻璃正极材料、其制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种硫化物玻璃正极材料，包括活性物质玻璃粉末；所述活性物质玻璃粉末包括网络形成体硫化物MS_x、过渡金属氧化物DO_y与网络外体氧化物AO_n；所述网络形成体硫化物MS_x、过渡金属氧化物DO_y与网络外体氧化物AO_n的质量比为(10～50)：(30～80)：(10～40)；x、y与n的值使化合价平衡。与现有技术相比，本发明提供的硫化物玻璃正极材料以特定的玻璃粉末为活性物质，使以该玻璃正极材料组装得到的锂离子电池比容量大、电压高且首圈损失率小；并且该玻璃正极材料制备方法简单，易于实施，有利于推广应用。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种硫化物玻璃正极材料、其制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，已成为高新技术发展的重点之一。锂离子电池具有以下特点：高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多。因其上述特点，锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。

锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。其中，锂离子电池正极材料主要是钴、锰、镍等及其复合氧化物。商业应用已经证明这些材料具有高的电位及稳定性，但其比容量较低(205mAh/g)。如，作为最早商用的正极材料，钴酸锂(LiCoO₂)的理论比容量为273mAh/g，但是实际比容量只有约140mAh/g，同时还存在价格高、毒性大的缺陷；虽然镍酸锂(LiNiO₂)的比容量可达到150mAh/g，略高于LiCoO₂，但在LiNiO₂的合成过程中，容易发生锂的缺失，合成满足标准化学组分的LiNiO₂较困难；与LiCoO₂相比，锰酸锂(LiMnO₄)价格低廉，但理论比容量较低(148mAh/g)，且循环性能较差；磷酸铁锂(LiFeO₄)的理论比容量可达到170mAh/g，但导电性较差，能量密度低。而负极石墨理论比容量372mAh/g，实际比容量达360mAh/g。由此可见，正极材料限制锂离子电池比容量。这些因素制约着锂离子电池性能的提升，迫切需要研究和开发出新型的高性能正极材料以满足储能设备的应用。高能量密度阴极材料的搜索空间扩大到阳离子无序的锂过渡金属氧化物。

公开号为CN105742616A的中国专利将Li_1+aNi_bTi_cNb_dO₂放入到NaOH溶液中，再加入Bi(NO₃)₃和Ca(NO₃)₂，在50℃～80℃的温度下不断搅拌，最后过滤，将固相物质在400～700℃温度下加热5～15h，得到CaO/Bi₂O₃/Li_1+aNi_bTi_cNb_dO₂。制备的正极材料经过XRD测试，表明具有无序岩盐结构；电化学性能测试显示，该材料在1.5～4.5V之间充放电，首次放电容量高达262mAhg^-1，并且具有良好的倍率性能和循环性能，1C放电容量达到205mAhg^-1，1C循环50次后容量保持率为94.5％。

公开号为CN107925080A的中国专利公开了涉及阳离子无序的锂金属氧化物化合物、其制造方法和用途的实施方案。在一个实施方案中，阳离子无序的锂金属氧化物包含a大于1的Li_aM_bM′_cO₂。M包含至少一种具有第一氧化态n和大于n的氧化态n'的氧化还原活性物质，并且M被选择为使得具有式LiMO₂的锂-M氧化物形成阳离子无序的岩盐结构。M'包含至少一种具有大于n的氧化态y的电荷补偿物质。