[发明专利]一种锂的过渡金属氧化物及其制备和应用

权利要求书

1.一种锂的过渡金属氧化物，其特征在于：

所述的锂的过渡金属氧化物是具有尖晶石结构的Li_1+xNi_yM_zMn_2-y-zO_4-△材料，或是具有层状结构的a Li₂M’O₃·(1-a)LiM”_sR_1-sO₂材料；其中，-0.1≤x≤0.2，0≤y≤0.6，0≤z≤1.25，0≤y+z≤1.25，0≤△≤0.05；0≤a＜1，0.8≤s≤1；M为Co、Cr、Zr、Cu、Fe、Al、Zn、Nb、Mo、Rh、Ru、Ir、Sn中的一种或两种以上；M’为Mn、Mo、Rh、Ru、Ir、Zr、Sn中的一种或者两种以上；M”为Ni、Mn、Co中的一种或两种以上；R为Cr、Zr、Cu、Fe、Al、Zn、Nb中的一种或两种以上。

2.一种权利要求1所述锂的过渡金属氧化物的制备方法，其特征在于：

(1)将对苯二甲酸及其衍生物中的一种或两种以上和配位调节剂溶解于水或有机溶剂或两者的混合溶剂中制成溶液A，溶液A中对苯二甲酸及其衍生物的浓度为0.01～5mol/L，配位调节剂的浓度为0.005～0.1mol/L；将所需可溶性金属化合物溶解于水或有机溶剂或两者的混合溶剂中，配制成溶液B，浓度为0.01～5mol/L；

(2)将配位化合物溶液A滴加到金属化合物溶液B中制得母液C，将母液C在10～95℃下进行液相反应，反应时间3～72h，陈化时间为6～24h，其中溶液A和溶液B的体积比为0.2～2：1；

(3)将步骤(2)中的产物离心、水洗后干燥，得金属-有机配位聚合物前驱体；

(4)将金属-有机配位聚合物前驱体在管式炉中于400～900℃中焙烧0.5～6h，制得金属氧化物；

(5)将金属氧化物与锂源进行球磨混合，球料比为4～15:1，球磨时间2～12h；

(6)将步骤(5)中制得的混合物于500～1100℃下煅烧5～24h，制得锂的过渡金属氧化物。

3.按照权利要求2所述锂的过渡金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的对苯二甲酸及其衍生物为对苯二甲酸、对苯二甲酸锂、对苯二甲酸钠、对苯二甲酸钾、四氯对苯二甲酸、四氟对苯二甲酸中的一种或两种以上。

4.按照权利要求2所述锂的过渡金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的配位调节剂为单齿羧酸化合物、含氮杂环配合物和表面活性剂中的一种或两种以上。

5.按照权利要求2所述锂的过渡金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的配位调节剂中的单齿羧酸化合物为甲酸、乙酸、草酸、甲酸钠、乙酸钠、草酸钠中的一种或者两种以上；含氮杂环配合物为1-甲基咪唑、正丁胺中的一种或者两种以上；表面活性剂为PVP、TMAN、TMDP、CTAB、P123、 F127、SDSB中的一种或者两种以上；步骤(1)中所述的金属化合物为含有单一所需金属离子的盐类；具体为乙酸盐、硫酸盐、氯化盐、硝酸盐中的一种或两种以上。

6.按照权利要求2所述锂的过渡金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、聚乙二醇、二甲基亚砜中的一种或两种以上。

7.按照权利要求2所述锂的过渡金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的液相反应温度优选为30～75℃，反应时间优选为8～24h，陈化时间优选为8～16h。

8.按照权利要求2所述锂的过渡金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述的锂源为乙酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、碳酸锂中的一种或两种以上。

9.按照权利要求2所述锂的过渡金属氧化物正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述的金属氧化物与锂源的摩尔比1～3:2。

10.一种权利要求1所述的锂的过渡金属氧化物的应用，其特征在于：所述化合物可作为正极材料应用于电化学储能装置中，所述电化学储能装置可为锂离子电池或非对称型超级电容器。