[发明专利]MOF表面改性纳米片结构三元正极材料的制备方法及其产品和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，特别是涉及一种MOF表面改性纳米片结构三元正极材料的制备方法及其产品和应用。

背景技术

锂离子二次电池作为高比能量化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，迅速发展成为目前最重要的二次电池之一。锂离子电池作为最新一代的绿色高能蓄电池，于20世纪90年代初迅速发展起来，锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐。

由于三元材料LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂（简称NCM，其中0<x<1, 0<y<1）具有优于磷酸亚铁锂和钴酸锂的特性，并且根据调节镍、钴、锰的比例，可以制备出不同性能的三元电极材料。NCM改善了材料的结构稳定性、提高了材料的充放电循环稳定性和高温稳定性，最大程度上发挥了其优异的电化学性能。

金属一有机框架材料(MOF)是近些年来发展迅速的一种配位聚合物，具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配位体支撑构成空间3D延伸，是沸石和碳纳米管之外的又一类重要的新型多孔材料，在催化、储能和分离中都有广泛应用。目前，MOF已成为无机化学、有机化学等多个化学分支的重要研究方向。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明目的在于：提供一种MOF表面改性纳米片结构三元正极材料的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供上述方法制备的MOF表面改性纳米片结构三元正极材料产品。

本发明的又一目的在于：提供上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种MOF表面改性纳米片结构三元正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将0.2~0.4 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于60~120 mL有机溶剂中，形成透明溶液，将该溶液磁力搅拌2~4 h，至溶液混合均匀；

（2）然后将1 mmol锂盐、（1-x-y）mmol镍盐、x mmol钴盐和y mmol锰盐加入上述溶液中，将该溶液磁力搅拌30~60 min，将其转入反应釜中，160~180℃反应12~15 h，自然冷却；

（3）将上述沉淀物离心、乙醇洗涤3~5次，在60~80℃烘干20~24 h，然后将烘干后的沉淀物以1~2℃/min的升温速率在600~800℃煅烧5~10 h，得到纳米片结构三元材料产物A；

（4）将纳米片状三元材料与四水氯化锰和2，5-二羟基对笨二甲酸溶于二甲基甲酰胺（DMF）-乙醇-去离子水中，其中，三者体积比为15：1：0.5~1，将该溶液转移至反应釜，60~80℃反应2~4 h，冷却至室温后过滤，用DMF洗涤3次，50℃真空干燥12~15 h，然后180~200℃煅烧5~8 h，得最终产物MOF表面改性纳米片结构三元正极材料。

本发明通过两步溶剂热法制备MOF表面改性的纳米片结构三元材料。首先通过溶剂热制备纳米片结构三元材料，然后再通过溶剂热进行MOF的表面改性，纳米片结构和MOF的表面改性可以提高材料的电化学性能。

所述的有机溶剂为乙二醇或是丙三醇中的一种或其组合。

所述的锂盐为硝酸锂、醋酸锂、柠檬酸锂、甲酸锂或乳酸锂中的一种或其组合。

所述的镍盐为硝酸镍、醋酸镍或草酸镍中的一种或其组合。

所述的钴盐为硝酸钴、醋酸钴或草酸钴中的一种或其组合。

本发明还提供一种MOF表面改性纳米片结构三元正极材料，根据上述任一所述方法制备得到。

本发明又提供一种MOF表面改性纳米片结构三元正极材料作为锂离子电池正极材料的应用。

本发明优越性在于：通过两步溶剂热法制备MOF表面改性的纳米片结构三元材料。首先通过溶剂热制备纳米片结构三元材料，然后再通过溶剂热进行MOF的表面改性，纳米片结构和MOF的表面改性可以提高材料的电化学性能。

附图说明

图1为实施例1MOF表面改性纳米片状LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料的XRD图；

图2为实施例2MOF表面改性纳米片状LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料的倍率性能图。

具体实施方式