Li3Ni2NbO6作为正极活性材料在锂离子电池中的应用的制作方法

本发明涉及一种新型正极材料li3ni2nbo6在锂离子电池中的应用，属于化学电源材料和锂离子电池领域。

背景技术：

锂离子电池具有比能量高、自放电系数小、循环寿命长、重量轻和环境友好等优点，成为电动汽车和混合动力汽车电源的有力竞争者。常见的动力锂离子正极材料有尖晶石锰酸锂，钴酸锂和磷酸铁锂等。这一类材料在充放电过程中发生的是锂的脱出和嵌入反应，受材料结构的影响，一般要求每摩尔的金属离子只能发生小于或等于一摩尔的锂离子嵌入，在很大程度上限制了这类正极材料的能量密度的提高。与嵌入式材料相比，转化型正极材料在充放电过程中没有结构上的限制,可以发生多电子转移,可实现很高的储锂容量，因此成为研究热点。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明合成了一种材料li3ni2nbo6，并首次将其应用到锂离子电池领域，探究其在锂离子电池中的应用可能性。要解决的技术问题是提供一种放电容量高、能量密度高的锂离子正极材料。

本发明的技术方案如下：

(1)将铌盐与氢氧化钠和/或氢氧化钾(nb:oh＝1:5)研磨，然后置于坩埚中，在400℃的高温下熔融10-24h；

(2)将步骤(1)中熔融的产品自然冷却，得到产物nb(oh)5，然后研磨成粉末；用去离子水洗涤，去除oh^-和k⁺；

(3)加入弱酸溶解nb(oh)5；弱酸与nb(oh)5摩尔比为5:1；

(4)按着2:1.5的化学计量比加入ni(ch3coo)2和li2co3，搅拌至完全溶解，然后置于烘箱烘干；

(5)将上述产物置于马弗炉里高温煅烧10-24h，温度为800-1500℃；

(6)为了提高其导电性，将高温煅烧后的样品与导电碳进行球磨混合，得到最终产物。

步骤(1)所述含铌的化合物为nb2o5、nb(ch3coo)2中的一种或二种。

步骤(3)所述的弱酸为柠檬酸或草酸。

步骤(6)中导电碳为sp、kb、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯中的一种或二种以上；球磨转速500-1000r/min，球磨时间为2-12h。

本发明具有优势：

由于li3ni2nbo6没有可供锂脱嵌的通道，所以为转化型材料。作为锂离子电池正极材料用，其初次比容量可高达230mah/g，远远高于现有的大部分锂离子电池正极材料的比容量。

附图说明

图1为实施例1的初次充放电曲线；

图2为实施例1的cv图。

具体实施方式

实施例1

将0.005mol的nb2o5与0.05mol的koh研磨混合均匀，然后转移至坩埚中，在400℃温度下熔融。将熔融后的产物研磨成粉末，并用去离子水洗涤多次去除oh^-和k⁺得到白色沉淀。加入0.05mol的柠檬酸溶解白色沉淀nb(oh)5，然后加入0.02mol的ni(ch3coo)2和0.015mol的li2co3，搅拌至完全溶解。将溶液置于烘箱中烘干，然后置于1000℃的马弗炉里煅烧24h。最后将产物与20％sp(相对于li3ni2no6的质量比)球磨4h得到碳包覆的li3ni2no6。

实施例2

将0.01molnb(ch3coo)5与0.05mol的naoh研磨混合均匀，然后转移至坩埚中，在400℃温度下熔融。将熔融后的产物研磨成粉末，并用去离子水洗涤多次去除oh^-和k⁺得到白色沉淀。加入0.05mol的草酸溶解白色沉淀nb(oh)5，然后加入0.02mol的ni(no3)2和0.03mol的lioh，搅拌至完全溶解。将溶液置于烘箱中烘干，然后置于1000℃的马弗炉里煅烧24h。最后将产物与20％碳纳米管(相对于li3ni2no6的质量比)球磨4h得到碳包覆的li3ni2no6。

将实施例1和2所得复合材料，按照活性物质、导电炭黑、粘结剂三者的质量比为7:2:1溶于适量n-甲基吡咯烷酮中混合均匀，用湿膜制备器涂布成厚度为0.08mm的电极膜，真空烘干后用切片机切成直径为12mm的电极片，称重并计算活性物质的质量。同时以锂片作为正极，以celgard2500作为隔膜，1mol/l的lipf6的ec+dmc(体积比为1:1)的溶液为电解液，在充满氩气的手套箱中装成纽扣电池。然后将装配的电池进行电化学测试，在1.2-4.8v恒流条件下测试。

从图1可以看出，组装成锂离子电池，li3ni2no6的初次比容量高达230mah/g，且充放电曲线较完整。图2的cv显示li3ni2no没有明显的氧化还原峰，为典型的转化型材料。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种新型正极材料Li3Ni2NbO6在锂离子电池中的应用。本发明中Li3Ni2NbO6作为锂离子电池正极材料用，具有非常高的放电比容量以及较好的循环可逆性。

技术研发人员：张华民;程意;冯凯;李先锋
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2017.10.10
技术公布日：2019.04.19