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一種含銫鋰電池正極材料的制備方法與流程

文檔序號:11278233閱讀:201來源:國知局

本發(fā)明涉及鋰電池的制備方法,屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種含銫鋰電池正極材料的制備方法。



背景技術(shù):

當(dāng)前,人類正面臨著資源估計和生存環(huán)境惡化的雙重挑戰(zhàn)。為此,世界各國正在努力研發(fā)新材料,推進低碳生活的新理念,促進人類社會由目前的高能耗、高消耗生活生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)向節(jié)能型、可循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展方式。具體為大力推廣清潔能源的應(yīng)用,如太陽能、風(fēng)能在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用,以及使用混合動力汽車或純電動汽車代替目前使用汽油的傳統(tǒng)汽車。

清潔能源和新型汽的應(yīng)用均離不開中大型儲能電池和動力電池。在眾多儲能電池和動力電池中,鋰離子二次電池由于具有較高的能量密度和較長的使用壽命,已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)的銫氫/銫鎘二次電池,其在新能源汽車、風(fēng)電儲能和太陽能儲能等新興領(lǐng)域擁有巨大發(fā)展前景。

鋰離子二次電池包括正極、負(fù)極、設(shè)置在正極與負(fù)極之間的隔膜和電解液。其中,正極包括基體和涂覆在該基體上的涂覆材料,涂覆材料包括正極材料(正極活性物質(zhì))、導(dǎo)電材料和粘結(jié)劑。其中,正極材料是鋰離子二次電池的關(guān)鍵原材料,由于正極材料在鋰離子二次電池中占有較大的重量比,因此正極材料性能決定了電池的體型、安全性和電學(xué)性能。

當(dāng)前鋰電池中使用的正極材料大多為licoo2,還有部分lifepo4、limn2o4和lini1-xcoxo2。

鈷酸鋰具有較高的比容量和較好的循環(huán)特性。但是,由于鈷元素在地殼中的豐度低,屬稀缺金屬,因此價格昂貴,由此也導(dǎo)致此種材料的成本較高。此外,鈷元素還具有一定的毒性,由鈷酸鋰制備的電池廢棄后,對環(huán)境的危害較大。因此,需要提供一種價格較為低廉且環(huán)保性能較好的正極材料。

lifepo4具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,原料便宜,循環(huán)性和安全性較好,對環(huán)境負(fù)擔(dān)較小等優(yōu)點,但是也存在著合成成本較高,能量密度較低等問題。

尖晶石錳酸鋰limn2o4具有安全性好、倍率特性好、價格低,環(huán)保等優(yōu)點,也是目前的一種主流正極材料,但其能量密度偏低,循環(huán)性能與高溫性能較差,很難滿足大型動力鋰離子電池和儲能電池的要求。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題,本發(fā)明提出了一種含銫鋰電池正極材料的制備方法,用金屬銫取代傳統(tǒng)的鈷元素。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下:

一種含銫鋰電池正極材料的制備方法,包括如下步驟:

a)、采用液相混合法,將錳源化合物、銫源化合物和鐵源化合物按比例混合均勻,溶解于油胺和水的混合溶液中,強力攪拌3-5min,然后將所得混合液移入高壓反應(yīng)釜中、密封,于250-280℃反應(yīng)24-36h;

b)、對所述混合溶液進行洗滌后,噴霧干燥處理,得到第一混合物;

c)、將所述第一混合物進行熱處理,得到銫鐵錳氧化物前軀體;

d)、將所述銫鐵錳氧化物前軀體和鋰源化合物混合并研磨,得到第二混合物;

e)、將所述第二混合物進行熱處理,得到正極材料。

步驟a)、b)和c)的方法得到的銫鐵錳氧化物前軀具備顯著的層狀結(jié)構(gòu),有利于提高鋰電池的高溫和大電流循環(huán)特性。

優(yōu)選的,在上述正極材料的制備方法中,所述步驟a)中銫、鐵和錳的摩爾比為0.2-0.3∶0.2-0.5∶1.3-1.5。

優(yōu)選的,在上述正極材料的制備方法中,所述步驟d)中銫鐵錳氧化物前軀體和鋰源化合物的摩爾比為0.9-1∶1-1.1。

優(yōu)選的,在上述正極材料的制備方法中,所述步驟c)中熱處理的溫度為700-1000℃,熱處理的時間為24-30h。

優(yōu)選的,在上述正極材料的制備方法中,所述步驟e)中熱處理的溫度為500-800℃,熱處理的時間為36-48h。

本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明獲得的正極材料,具有明顯的層狀結(jié)構(gòu),并且具備較高的純度和良好的高溫和大電流循環(huán)特性,同時,由于將鈷元素全部替換為銫元素,環(huán)保性能顯著提高。

具體實施方式

實施例1:

一種含銫鋰電池正極材料的制備方法,包括如下步驟:

a)、采用液相混合法,將錳源化合物、銫源化合物和鐵源化合物按比例混合均勻,溶解于油胺和水的混合溶液中,強力攪拌3.5min,然后將所得混合液移入高壓反應(yīng)釜中、密封,于275℃反應(yīng)28h;

b)、對所述混合溶液進行洗滌后,噴霧干燥處理,得到第一混合物;

c)、將所述第一混合物進行熱處理,得到銫鐵錳氧化物前軀體;

d)、將所述銫鐵錳氧化物前軀體和鋰源化合物混合并研磨,得到第二混合物;

e)、將所述第二混合物進行熱處理,得到正極材料。

所述步驟a)中銫、鐵和錳的摩爾比為0.25∶0.35∶1.4。

所述步驟d)中銫鐵錳氧化物前軀體和鋰源化合物的摩爾比為1∶1。

所述步驟c)中熱處理的溫度為850℃,熱處理的時間為30h。

所述步驟e)中熱處理的溫度為620℃,熱處理的時間為40h。

實施例2:

一種含銫鋰電池正極材料的制備方法,包括如下步驟:

a)、采用液相混合法,將錳源化合物、銫源化合物和鐵源化合物按比例混合均勻,溶解于油胺和水的混合溶液中,強力攪拌3min,然后將所得混合液移入高壓反應(yīng)釜中、密封,于280℃反應(yīng)24h;

b)、對所述混合溶液進行洗滌后,噴霧干燥處理,得到第一混合物;

c)、將所述第一混合物進行熱處理,得到銫鐵錳氧化物前軀體;

d)、將所述銫鐵錳氧化物前軀體和鋰源化合物混合并研磨,得到第二混合物;

e)、將所述第二混合物進行熱處理,得到正極材料。

所述步驟a)中銫、鐵和錳的摩爾比為0.3∶0.2∶1.5。

所述步驟d)中銫鐵錳氧化物前軀體和鋰源化合物的摩爾比為0.9∶1.1。

所述步驟c)中熱處理的溫度為700℃,熱處理的時間為30h。

所述步驟e)中熱處理的溫度為500℃,熱處理的時間為48h。

實施例3:

一種含銫鋰電池正極材料的制備方法,包括如下步驟:

a)、采用液相混合法,將錳源化合物、銫源化合物和鐵源化合物按比例混合均勻,溶解于油胺和水的混合溶液中,強力攪拌5min,然后將所得混合液移入高壓反應(yīng)釜中、密封,于250℃反應(yīng)36h;

b)、對所述混合溶液進行洗滌后,噴霧干燥處理,得到第一混合物;

c)、將所述第一混合物進行熱處理,得到銫鐵錳氧化物前軀體;

d)、將所述銫鐵錳氧化物前軀體和鋰源化合物混合并研磨,得到第二混合物;

e)、將所述第二混合物進行熱處理,得到正極材料。

所述步驟a)中銫、鐵和錳的摩爾比為0.2∶0.5∶1.3。

所述步驟d)中銫鐵錳氧化物前軀體和鋰源化合物的摩爾比為1∶1.1。

所述步驟c)中熱處理的溫度為700℃,熱處理的時間為30h。

所述步驟e)中熱處理的溫度為800℃,熱處理的時間為36h。

以上所述,僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式,但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

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