本申请涉及电化学储能装置,具体涉及正极活性材料及其制备方法、正极、电化学储能装置。
背景技术:
1、类普鲁士蓝框架化合物具有低成本、易制备和高容量而逐渐成为一类极具应用潜力的电化学储能装置用正极材料,并且类普鲁士蓝框架化合物具有可供活性离子快速迁移的三维通道,有利于电池的倍率性能,但上述三维通道也会导致材料极易吸水,大量水分子的存在会影响材料的结构完整性、导致活性离子的储存位点减少,不仅会影响材料容量的发挥、造成最终电化学储能装置的电化学性能下降(例如,容量快速衰减),还会使得电化学储能装置存在安全隐患(例如,胀气、短路、爆炸等)。
2、业界一般通过真空干燥去除类普鲁士蓝框架化合物中的水分,但效果并不理想,并且类普鲁士蓝框架化合物长时间处于真空环境下极易发生结构坍塌,同时除水后的材料在后续的储存和应用过程中也极易再次大量吸水。此外,业界也尝试通过在上述材料中引入配位基团取代部分水分子来降低材料的水含量,但是对电池的循环性能的改善依旧有限。
技术实现思路
1、鉴于此,本申请提供了一种正极活性材料,该正极活性材料包括低水含量的类普鲁士蓝框架化合物,可用于提供一种具有较好的循环性能的电化学储能装置,且其能量密度和安全性能也能达到与现有技术采用的配体得到的正极活性材料相当的水平。
2、本申请第一方面提供了一种正极活性材料,包括aam[m’(cn)6]y·ld·zh2o,0<d≤6-6y,0<a≤2,0<y≤1,0<z≤20;所述l包括pf6-、clo4-、(fso2)2n-、(cf3so2)2n-、so3cf3-、asf6-和sbf6-中的至少一种;a元素包括li、na、k、mg、ca、zn和al中的至少一种;m元素和m’元素各自独立地包括过渡金属元素。
3、上述正极活性材料中,阴离子团l的存在可以明显降低材料的水含量,提升材料的结构完整性,也可以充分降低材料在储存和使用过程中再次大量吸水的风险,有利于正极活性材料容量的释放,进而使得活性材料可在电池中表现出较高的比容量以及较好的循环稳定性,可提升电化学储能装置的能量密度,低水含量也利于提升电化学储能装置(例如,电池)的安全性能;同时,阴离子团l即使在电化学储能装置的充放电循环过程中游离到正极活性材料之外(例如,游离到电解液或者固态、半固态电解质中),也不会影响到电化学储能装置的电化学性能,故上述正极活性材料可用于提供了一种可同时具有较好的循环性能的电化学储能装置,且其能量密度和安全性能也能达到与现有技术相当的水平。
4、本申请第二方面提供了一种正极活性材料的制备方法,包括以下步骤:
5、(1)提供原料和盐溶液,所述原料包括abm[m’(cn)6]y·nh2o,0<b≤2,0<y≤1,0<n≤22,a元素包括li、na、k、mg、ca、zn和al中的至少一种;m元素和m’元素各自独立地包括过渡金属元素;所述盐溶液中的盐包括阴离子团l-和阳离子am+,其中,所述l-包括pf6-、clo4-、(fso2)2n-、(cf3so2)2n-、so3cf3-、asf6-和sbf6-中的至少一种,am+包括li+、na+、k+、mg2+、ca2+、zn2+和al3+中的至少一种,m>0;
6、将所述原料置于所述盐溶液中进行浸泡处理,以使所述l取代所述原料中的部分h2o,得到悬浮液;
7、(2)将所述悬浮液进行固液分离处理,将所得固态物进行干燥处理,得到正极活性材料;所述正极活性材料包括aam[m’(cn)6]y·ld·zh2o,0<d≤6-6y,0<a≤2,0<y≤1,0<z≤20。
8、上述制备方法步骤简单、工艺可靠性强,生产效率高,可实现大规模工业化生产。
9、本申请第三方面提供了一种正极,包括本申请第一方面提供的正极活性材料。由于带有上述正极活性材料,该正极可用于提供一种具有较好的循环性能的电化学储能装置,且其能量密度和安全性能也能达到与现有技术相当的水平。
10、本申请第四方面提供了一种电化学储能装置,包括本申请第三方面提供的正极。该电化学储能装置采用了上述正极,故可同时具有较好的循环性能,并且,其能量密度和安全性能也能到达与现有技术相当的水平。
1.一种正极活性材料,其特征在于,所述正极活性材料包括aam[m’(cn)6]y·ld·zh2o,0<d≤6-6y,0<a≤2,0<y≤1,0<z≤20;所述l包括pf6-、clo4-、(fso2)2n-、(cf3so2)2n-、so3cf3-、asf6-和sbf6-中的至少一种;a元素包括li、na、k、mg、ca、zn和al中的至少一种;m元素和m’元素各自独立地包括过渡金属元素。
2.根据权利要求1所述的正极活性材料,其特征在于,所述l选自(fso2)2n-、(cf3so2)2n-和so3cf3-中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的正极活性材料,其特征在于,所述m元素和所述m’元素各自独立地包括ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、nb、ru、sn、in和cd中的至少一种。
4.一种正极活性材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述浸泡处理的时间为1h-48h,温度为20℃-80℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述盐溶液的摩尔浓度为0.1mol/l-1.5mol/l。
7.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述盐溶液中的溶剂包括酯类溶剂和醚类溶剂中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述干燥处理的条件为:在温度为80℃-120℃,真空度小于或等于50mbar下干燥12h-48h。
9.根据权利要求4-8任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,在所述浸泡处理之前还包括对所述原料除水。
10.一种正极,其特征在于,所述正极包括如权利要求1-3任一项所述的正极活性材料。
11.一种电化学储能装置,其特征在于,所述电化学储能装置包括如权利要求10所述的正极。
