[发明专利]一种Zr-MOF掺杂锂离子电池三元正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锆基金属有机框架材料Zr‑MOF掺杂锂离子电池三元正极材料的制备方法，本发明主要选取具有较高放电比容量的高镍三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)进行掺杂。本发明制备方法是将LiOH·H₂O，LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂，Zr‑MOF按照一定比例置于研钵内研磨混合均匀；将混合均匀的材料在管式炉中进行煅烧。通过本发明制备的进行掺杂的高镍三元正极材料，有效的解决了纯高镍三元正极材料NCM811存在循环稳定性差，表面残碱高等缺陷，进而提升了该材料的综合性能，该材料在实际生产应用中有较高的社会及使用价值。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，提供一种Zr-MOF掺杂锂离子电池三元正极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池正极材料作为锂离子电池中不可或缺的组成部分，一直吸引广大研究者的注意力，目前市场上较为成熟的正极材料有LiCoO₂,LiFePO₄,LiNi_xCo_yM_1-x-yO₂(M＝Al/Mn)三元正极材料等。然而，LiCoO₂价格昂贵，低压下放电比容量不高，高压下虽然放电比容量较高，但是由此带来的稳定性和安全性问题也不容忽视。LiFePO₄虽然价格较低，但放电比容量低，满足不了市场对高能量密度的要求。镍含量小于0.8的三元正极材料放电比容量高，价格相对较低，而且循环性能及热稳定性好，在市场上得到广泛的应用，然而对于更高能量密度的需求迫使该三元材料向更高镍方向发展，LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)作为一款高镍三元正极材料具有较高的放电比容量，但纯LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)存在循环稳定性差，表面残碱高等缺陷，需对其进行一定的改性来提升其综合性能。

金属有机框架材料是一类通过有机配体和金属离子/金属簇相连接的一类多孔材料，具有高比表面积、孔道结构可调节等优点，应用于气体的分离存储、催化、质子传导等方面。近年来随着研究的不断深入，MOF材料的种类已超过上万种。而且，其热、化学稳定性也已得到很大的提升，据报道，有MOF材料的热稳定已达到900℃。由于该种材料的种种优异性能，有很多研究利用该材料与其他材料进行复合的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种Zr-MOF掺杂锂离子电池三元正极材料的制备方法。

本发明是通过以下的技术方案来实现的：

本发明提供一种锆基金属有机框架Zr-MOF掺杂锂离子电池三元正极材料的制备方法，其包括如下步骤：

S1：将0.54mmol四氯化锆(ZrCl₄)加入10ml的DMF，再加入0.37mmol2,2-联喹啉-4,4-二甲酸，加入到20mL的玻璃瓶当中，超声充分溶解，然后再加入76mg的苯甲酸，放到100℃烘箱反应60～72h，得到白色粉末，过滤，用甲醇洗涤三次，在60℃条件下烘干，得到金属有机框架Zr-MOF。

S2：将LiOH·H₂O，LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂，Zr-MOF按照摩尔比1～1.15:1:0.005～0.02置于研钵内研磨混合均匀。

S3：将步骤S2得到的混合物加入到混合溶剂A中，超声10min，然后移至反应釜当中，放置在烘箱中180～210℃反应10～16h，冷却、过滤。