[发明专利]一种在金属有机骨架材料ZIF-8上制备锂离子电池三元正极材料的方法及产品

说明书

本发明公开了一种在金属有机骨架材料ZIF‑8上制备锂离子电池三元正极材料的方法及产品，先通过简易步骤合成ZIF‑8，随后通过超声的手段使得制备三元材料的盐溶液能尽最大可能地流入到骨架材料的孔隙中，再在高温的烘箱中将盐溶液中的水分蒸干，留下Li、Ni、Co、Mn这四种离子的盐，最后经过高温烧结反应后生成三元正极材料。本发明安全、高效，所得一种在金属有机骨架材料ZIF‑8上制备的锂离子电池三元正极材料颗粒为正十二面体结构、粒径分布均匀、且具有较好的电化学性能。虽骨架材料的引入，会导致材料的克容量减低，牺牲这一小部分的克容量换来的是材料优越的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制造技术领域，具体涉及一种在金属有机骨架材料ZIF-8上制备锂离子电池三元正极材料的方法及所得的产品。

背景技术

目前得到广泛应用的锂离子电池，其正极材料正经历着不断的更新与改良。锂离子电池正极材料有很多体系，目前用于实际应用的主要有层状的锂钴氧化物系列LiCoO₂、层状的锂镍氧化物系列LiNiO₂及尖晶石状的锂锰氧化物系列LiMn₂O₄。然而上述体系都存在着显著的不足，严重影响了它们的实际应用。21世纪刚发展起来的镍钴锰酸锂多元电极材料因集中了LiCoO₂，LiNiO₂和LiMn₂O₄三种材料的优点，而受到了研究者广泛的关注。因以相对廉价的镍和锰取代了钴酸锂中三分之二或更多的钴，因此其成本方面具有明显优势；同时，其兼顾大容量，高安全性，高电导率和高热稳定性的优点。

沸石咪唑类骨架材料8（ZIF-8）因具有有永久性的孔隙、高表面积、疏水性、开放的金属位点和卓越的水稳定性等优点被广泛应用在催化剂、吸附剂和气体分子筛等领域。目前关于ZIF-8的粉末或膜材料研究较多，合成的步骤逐渐优化，生产成本较低，这就使得其大规模商业化应用成为可能。同时，值得注意的是ZIF-8以锌离子和咪唑的衍生物络合成，化学组成可以表示为Zn(MIM)₂，高温处理后生成ZnO，ZnO的引入不会像Fe、Cu离子等对三元正极材料的性能产生严重消极的影响，反而会由于其合理的结构框架搭配提升三元正极材料的电化学性能。更为重要的是在ZIF-8上合成锂离子电池三元正极材料却从未报道过。

发明内容

本发明提供一种在金属有机骨架材料ZIF-8上制备锂离子电池三元正极材料的方法及产品，融合了ZIF-8和三元正极材料这两大研究领域内的内容，创造性地在多孔性、结构稳定的骨架类材料ZIF-8上合成锂离子电池镍钴锰三元正极材料，合成的三元正极材料微观上具有明显的正十二面体结构，同时具有优越的电化学性能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种在金属有机骨架材料ZIF-8上制备锂离子电池三元正极材料的方法，具体步骤如下：

1）金属有机骨架材料ZIF-8的制备：按六水合硝酸锌和2-甲基咪唑的摩尔比为1:1~4的量，称取六水合硝酸锌加入无水甲醇，搅拌直至充分溶解，标记为A溶液；称取2-甲基咪唑加入无水甲醇，充分溶解，标记为B溶液，将B溶液快速倒入正在超声中的A溶液中，并且搅拌，将得到的乳白色液体用高速离心机离心分离产物，将产物先后使用水和乙醇清洗两次，再放入马弗炉中700~900℃烧结1~5h，得到ZIF-8粉体；

2）C溶液的配制：将锂盐、镍盐、钴盐和锰盐按照合成LiNi_xCo_yMn_zO₂材料计算用量，其中0x1，0y1，0z1，且x+y+z=1，即Li:Ni:Co:Mn=1~1.1:x:y:z，将上述盐溶解在去离子水中配制成溶液，标记为C溶液，其中镍钴锰盐溶液的总浓度控制在1~2mol/L之间；