超细纳米氢氧化镁、其制备方法及在锂离子电池中的应用

本发明属于锂离子电池材料，涉及一种超细纳米氢氧化镁及其制备方法，以及其在锂离子电池中的应用。

背景技术：

1、纳米氢氧化镁以其优异的热力学性能、绿色无毒、廉价等特点在阻燃、催化、吸附、抗菌等领域应用效果斐然，近期有研究将其作为添加剂应用于锂离子电池中增强电池的稳定性和电化学性能，但对纳米氢氧化镁颗粒的尺寸、形貌和分散性要求较高。现有的纳米氢氧化镁大部分通过水热、共沉淀、微波辅助、声化学、气液接触等传统方法制得，这些方法大多数存在所得纳米氢氧化镁产品颗粒的粒径较大、尺寸及形貌不易控制、颗粒易团聚、制备工艺成本高、要求苛刻等缺点。困于技术限制，目前无法得到50nm以下均匀且分散的超细纳米氢氧化镁，由上述传统方法得到的产品作为添加剂引至锂离子电池基体材料中会展现出较差的相容性，无法充分发挥其作为添加剂在锂离子电池中的多重优势，对电池的性能提升效果不明显，且大颗粒产品易刺穿隔膜导致电池短路，存在一定的安全隐患，在许多高端领域中的应用受限。业界研发人员还尝试利用电化学沉积制备纳米氢氧化镁，操作简单、成本低廉，还可调控颗粒的尺寸形貌，但在电极表面晶体进行原位的成核和生长过程中，难以控制晶粒二次团聚现象。若能解决纳米氢氧化镁的粒径和分散性问题，未来或可成为增强锂离子电池安全性、电化学性能的理想添加剂。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种超细纳米氢氧化镁及其制备方法，从而克服现有技术的不足。

2、本发明的另一目的还在于提供所述超细纳米氢氧化镁在锂离子电池中的应用。

3、为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

4、本发明实施例提供了一种超细纳米氢氧化镁的制备方法，其包括：

5、提供包含镁盐，以及具有亲水基团和酯化长烷基侧链的聚山梨酯类表面活性剂的电解液，所述聚山梨酯类表面活性剂能够形成纳米胶束体系；

6、对工作电极、对电极与电解液组成的电化学体系施加电流进行电解，在电场作用和胶束纳米胶束体系的柔性受限空间作用下进行电化学沉积，从而在工作电极处制备得到粒径在20nm以下的超细纳米氢氧化镁。

7、在一些优选实施例中，所述聚山梨酯类表面活性剂的浓度为50～800mg/l。

8、在一些优选实施例中，所述电解的工艺条件包括：电流密度为0.025～0.5a/cm2，电解液温度为5～55℃，电解时间为15～120min。

9、本发明实施例还提供了由前述制备方法制得的超细纳米氢氧化镁，其粒径在20nm以下。

10、本发明实施例还提供了前述超细纳米氢氧化镁在锂离子电池中的应用。

11、本发明实施例还提供了一种锂离子电池复合正极材料，其包括正极材料以及前述的超细纳米氢氧化镁。

12、相应的，本发明实施例还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极和电解质，其中，所述正极采用前述锂离子电池复合正极材料。

13、与传统方法相比，本发明的优点主要在于：

14、本发明提供的超细纳米氢氧化镁的制备方法创造性地在电解体系中构建了柔性受限空间，从而可调控氢氧化镁晶体的成核与生长，得到高分散、超细粒径的纳米氢氧化镁；本发明还将其应用于锂离子电池正极材料中，可提高电池的循环倍率性能和传统电化学性能。

技术特征：

1.一种超细纳米氢氧化镁的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚山梨酯类表面活性剂的浓度为50～800mg/l。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚山梨酯类表面活性剂包括聚山梨酯-20、聚山梨酯-40、聚山梨酯-60、聚山梨酯-80中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述聚山梨酯-20的浓度为50～700mg/l，优选的，所述聚山梨酯-40的浓度为50～～600mg/l，优选的，所述聚山梨酯-60的浓度为50～500mg/l，优选的，所述聚山梨酯-80的浓度为50～800mg/l。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述电解液中镁离子的浓度为0.1～1.5mol/l；和/或，所述镁盐包括硝酸镁、氯化镁、硫酸镁中的任意一种或两种以上的组合；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：先将电解液的ph值调节至2～10，之后再施加电流进行电解。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电解的工艺条件包括：电流密度为0.025～0.5a/cm2，电解液温度为5～55℃，电解时间为15～120min。

7.由权利要求1-6中任一项所述制备方法制得的超细纳米氢氧化镁，其粒径在20nm以下。

8.权利要求7所述的超细纳米氢氧化镁在锂离子电池中的应用。

9.一种锂离子电池复合正极材料，其特征在于，包括正极材料以及权利要求7所述的超细纳米氢氧化镁，优选的，所述正极材料包括磷酸铁锂、镍钴锰酸锂三元材料中的至少任意一种；优选的，所述超细纳米氢氧化镁在正极材料中的添加比例为1～20wt％。

10.一种锂离子电池，包括正极、负极和电解质，其特征在于，所述正极采用权利要求9所述的锂离子电池复合正极材料。

技术总结本发明公开了一种超细纳米氢氧化镁、其制备方法及在锂离子电池中的应用。所述制备方法包括：提供包含镁盐，以及具有亲水基团和酯化长烷基侧链的聚山梨酯类表面活性剂的电解液，所述聚山梨酯类表面活性剂能够形成纳米胶束体系；对工作电极、对电极与电解液组成的电化学体系施加电流进行电解，在电场作用和胶束纳米胶束体系的柔性受限空间作用下进行电化学沉积，从而在工作电极处制备得到粒径在20nm以下的超细纳米氢氧化镁。本发明创造性地在电解体系中构建了柔性受限空间，从而可调控氢氧化镁晶体的成核与生长，得到高分散、超细粒径的纳米氢氧化镁；本发明还将其应用于锂离子电池正极材料中，可提高电池的循环倍率性能和传统电化学性能。技术研发人员：张波,黄金望,李武,赵玉祥,钱玉龙,张万珍,季霞芳,索玲,马悦,王欣玉,舒永琪,李雪婷,梁建受保护的技术使用者：中国科学院青海盐湖研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/9