[发明专利]锂电池前驱体、锂电池正极材料、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种锂电池前驱体、锂电池正极材料、制备方法及应用。其中该制备方法包括将Mn盐、MOF配体及导电介质与有机溶剂混合，得到混合溶液；将混合溶液通过电沉积反应，得到Mn基MOF的锂电池前驱体。通过利用电合成的方法使Mn离子与具有规则有序框架结构的MOF配体反应生成Mn基MOF材料，便于将金属Mn的位置固定于MOF的规则的框架结构中，不易流失，因而将其应用于锂电池的正极材料时，能够稳定正极材料的结构，避免充放电过程中由层状结构向尖晶石结构的转换，从而提高其容量及长期循环稳定性。

技术领域

本发明涉及新能源电池材料领域，具体而言，涉及一种锂电池前驱体、锂电池正极材料、制备方法及应用。

背景技术

近年来，新能源凸显出爆发式增长趋势，人们迫切需求一种低成本、高能量密度、高循环性能和高安全性的正极材料。目前市面上正极材料LiCoO₂和三元材料（NCM），均不能够同时满足以上条件，主要原因是钴元素的价格持续走高，同时钴也是一种非环境友好型元素。

其中，三元材料中充放电过程中Ni²⁺和Li⁺的混排造成其循环稳定性差，另外，高镍材料因存在严重的产气问题和低温性能较差的问题，而进一步制约其发展。尖晶石结构锰酸锂材料具有安全性较好、热稳定性、耐过充电、电压平台高(4V)、大电流充放电性能优越、高低温充放电性能良好、资源丰富、价格低廉以及对环境的不良影响小等一系列优点，因而是目前最有前景的动力电池材料之一，也是目前研究的热点课题。但是锰酸锂材料也存在长期循环稳定性和高温循环稳定性差以及容量低等问题。

因此，仍需要对现有的新能源电池的正极材料进行改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种锂电池前驱体、锂电池正极材料、制备方法及应用，以解决现有技术中的锂电池材料长期循环稳定性差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种锂电池前驱体的制备方法，该制备方法包括：将Mn盐、MOF配体及导电介质与有机溶剂混合，得到混合溶液；将混合溶液通过电沉积反应，得到Mn基MOF的锂电池前驱体。

进一步地，Mn盐选自如下任意一种或多种：Mn(NO₃)₂*4H₂O、MnSO₄*4H₂O及MnCO₄*5H₂O；优选地，导电介质为1-丁基-3-甲基咪唑氯盐；优选地，MOF配体选自如下任意一种或多种：对苯二甲酸、均苯三甲酸、7,7,8,8四氰基二甲基对苯醌及甲酸；优选地，有机溶剂选自如下任意一种：二乙基二酰胺溶液、乙醇、丙烯酰胺、二甲基甲酰胺及乙腈；优选地，Mn盐的D₅₀≤10µm；优选地，混合溶液中Mn盐的浓度为0.5~2.0g/ml，MOF配体的浓度为0.005~0.02g/mL，1-丁基-3-甲基咪唑氯盐的浓度为0.05~0.2g/mL。

进一步地，将混合溶液通过电沉积反应，得到锂电池前驱体包括：将混合溶液置于温度为25~60℃的容器中；在混合溶液中分别设置阴极和阳极，并对阴极和阳极进行通电，使混合溶液进行电沉积反应，得到锂电池前驱体；优选地，通电的电流密度为0.02 A•cm^-2到0.1 A•cm^-2，通电的时长为2~12h；优选地，阴极和阳极选自不溶的电极材料，优选阴极和阳极各自独立地选自C棒、Cu片、Au片、Ti片、Pt片或它们的合金；优选地，在电沉积反应之后，以及得到锂电池前驱体之前，制备方法还包括对电沉积反应的反应产物依次进行洗涤和干燥的步骤；进一步优选地，分别采用N,N-二甲基甲酰胺和氯仿对反应产物洗涤3到6次，得到洗涤产物；将洗涤产物置于真空干燥箱中进行干燥，得到锂电池前驱体。

为了实现上述目的，根据本发明的第二个方面，提供了一种锂电池前驱体，锂电池前驱体为Mn基MOF前驱体。