一种镍掺杂铱酸锂电极材料及其制备方法和应用

本发明涉及电池储能材料的，尤其涉及一种镍掺杂铱酸锂电极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着化石能源的不断开采，能源危机不断加重，同时传统能源的使用对环境造成了严重污染。为解决上述问题，研究者致力于开发新型清洁能源来替代传统能源。这就需要储能设备将产生的大量不连续新型能源进行转移和存储，而锂离子二次电池成为了佼佼者。但是目前受到正极容量不高的限制，锂离子电池的能量密度仍需提升。为提高正极容量，研究者提出采用阴离子氧化还原活性的正极材料，并确使得锂离子电池正极容量得以提高。因此，研究具有阴离子氧化还原反应性能的锂离子电池正极材料对于缓解能源问题和环境问题具有重要作用。

2、然而，目前阴离子氧化还原活性正极材料在电池充放电循环过程中材料结构不稳定，因此循环寿命并不长。因此解决阴离子氧化还原活性的层状过渡金属氧化物的循环寿命短的问题尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供了一种镍掺杂铱酸锂电极材料及其制备方法和应用。本发明的方法制备得到的镍掺杂铱酸锂电极材料具有优异的循环稳定性和循环寿命。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供了一种镍掺杂铱酸锂，所述镍掺杂铱酸锂以铱源、锂源以及镍源为原料并采用固相法合成，所述镍掺杂铱酸锂的化学式为li2ir1-xnixo3，x为0.10-0.30。

4、本发明将镍元素掺杂进入铱酸锂中，被掺杂元素在高温作用下通过元素扩散进入铱酸锂的li/tm层，仍然保持初始的层状结构，并且由于被掺杂元素的自身能带结构，镍掺杂铱酸锂的电化学充放电循环稳定性更加优异，循环寿命更长。但是，若镍掺杂过多则会影响材料的内部结构，所得整个电极的电池容量很低；若镍掺杂过少则不能明显提升材料的倍率。因此，本发明通过采用特定摩尔含量的镍掺杂铱酸锂，能够制备得到具有高循环稳定性的铱酸锂电极材料，并且还可以增加电池的容量，从而提高电池的循环寿命和利用价值。

5、优选地，所述铱源、锂源、镍源的摩尔比为(0.7-0.9)：2：(0.1-0.3)。

6、本发明控制铱源、锂源以及镍源的摩尔比在上述范围内，有利于提高镍掺杂铱酸锂电极材料的循环稳定性。

7、优选地，所述镍源为镍单质、氧化镍、镍盐中的一种。

8、优选地，所述铱源为单质铱、二氧化铱、铱盐中的一种。

9、优选地，所述锂源为碳酸锂。

10、第二方面，本发明还提供一种镍掺杂铱酸锂电极材料，包括上述所述镍掺杂铱酸锂。

11、第三方面，本发明还提供一种镍掺杂铱酸锂电极材料的制备方法，包括以下步骤：

12、(1)将铱源、锂源以及镍源混合均匀，得到混合物；

13、(2)以2-5℃/min的速率将混合物升温至950-1080℃进行煅烧，并保温12-24h，降至室温后即得到镍掺杂铱酸锂；

14、(3)然后将镍掺杂铱酸锂与碳材料混合均匀，即得镍掺杂铱酸锂电极材料。

15、本发明中，若升温速率过高可能会导致反应不充分，进而导致最终制备的电极材料的结晶性不好；若升温速率过低会导致制备时间过长，导致制备过程繁琐，浪费制备仪器的使用效率，浪费电力资源。若煅烧温度太高会导致锂化合物汽化溢出，进而导致电极材料合成不纯，生成多余的氧化铱；若煅烧温度太低会导致锂化合物不能融化，不能参与反应。若保温时间过短会反应不充分，生成的产物不纯净；若保温时间过长会导致锂化合物溢出过多，剩下氧化铱杂质，最终生产的产物不纯净。因此，本发明通过控制升温速率、煅烧温度、保温时间在上述范围内，使得镍掺杂铱酸锂电极材料具有较好的结晶性，从而使得镍掺杂铱酸锂电极材料具有优异的循环稳定性。

16、优选地，所述步骤(1)中混合时间为15-120min。

17、优选地，所述步骤(2)中降温速率为0.23-0.475℃/min。

18、优选地，所述步骤(2)中先经800-1000min降温至700-850℃，后自然降温至室温。

19、本发明通过控制降温速率在上述范围内，有利于提高材料的结晶性，从而使得镍掺杂铱酸锂电极材料循环稳定性得到提升。

20、优选地，所述步骤(3)中碳材料为super p。

21、优选地，所述步骤(3)中镍掺杂铱酸锂与碳材料的质量比为(2.3-9)：1。

22、第四方面，本发明还提供一种镍掺杂铱酸锂电极材料在锂电池中的应用。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、本发明通过金属元素掺杂的方法，将镍元素掺杂进入li2iro3正极中，被掺杂元素在高温作用下通过元素扩散进入li2iro3的li/tm层，仍然保持初始的层状结构，并且由于被掺杂元素的自身能带结构，li2nixir1-xo3的电化学充放电循环稳定性更加优异，循环寿命更久。并且，还有利于提升电极材料的循环寿命，提高电池的循环利用价值。

技术特征：

1.一种镍掺杂铱酸锂，其特征在于，所述镍掺杂铱酸锂以铱源、锂源以及镍源为原料并采用固相法合成，所述镍掺杂铱酸锂的化学式为li2ir1-xnixo3，x为0.10-0.30。

2.如权利要求1所述的镍掺杂铱酸锂，其特征在于，所述镍源为镍单质、氧化镍、镍盐中的一种。

3.如权利要求1所述的镍掺杂铱酸锂，其特征在于，所述铱源为单质铱、二氧化铱、铱盐中的一种。

4.如权利要求1所述的镍掺杂铱酸锂，其特征在于，所述锂源为碳酸锂。

5.一种镍掺杂铱酸锂电极材料，其特征在于，所述镍掺杂铱酸锂电极材料包括如权利要求1-4任一项所述镍掺杂铱酸锂。

6.如权利要求5所述的镍掺杂铱酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的镍掺杂铱酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合时间为15-120min。

8.如权利要求6所述的镍掺杂铱酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中降温速率为0.23-0.475℃/min。

9.如权利要求6所述的镍掺杂铱酸锂电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中镍掺杂铱酸锂与碳材料的质量比为(2.3-9)：1。

10.如权利要求5所述的镍掺杂铱酸锂电极材料在锂电池中的应用。

技术总结
本发明公开了一种镍掺杂铱酸锂电极材料及其制备方法和应用，涉及电池储能材料的技术领域。本发明公开一种镍掺杂铱酸锂，所述镍掺杂铱酸锂以铱源、锂源以及镍源为原料并采用固相法合成，镍掺杂铱酸锂的化学式为Li<subgt;2</subgt;Ir<subgt;1‑</subgt;<subgt;x</subgt;Ni<subgt;x</subgt;O<subgt;3</subgt;，x为0.10‑0.30。本发明还公开了一种镍掺杂铱酸锂电极材料，包括上述所述镍掺杂铱酸锂。本发明所述镍掺杂铱酸锂电极材料具有优异的循环稳定性，应用于锂电池中，可以增加电池的容量，从而提高电池的循环寿命和利用价值。

技术研发人员：杨纯臻,王建文,顾龙,李梦贤,王超,洪恩纳,曾辉炎,陈嘉俊,张雨盈,邓力庭,苏文诚
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29