一種含錳鉀氧的鋰電池負極材料的製備方法與流程
2023-06-23 20:02:42
本發明涉及一種鋰電池負極材料的製備方法，特別是一種含錳鉀氧的鋰電池負極材料的製備方法，屬於能源材料技術領域。
背景技術：
鋰離子電池因具有高的質量比和體積比能量以及循環壽命長等優點，在可攜式電子設備以及部分儲能設備中得到了廣泛的應用。目前，商業用鋰離子電池的負極材料主要是碳材料，但研究發現，碳材料的平衡電位與金屬鋰的析出電位很接近，因此在過充電時，單質鋰會在碳材料表面析出而形成鋰枝晶，在一定條件下可引起電池短路，產生重大的安全隱患。為克服鋰離子電池的安全問題，開發新型的鋰離子電池負極材料則成為鋰電池業內必須要面對的問題。為此，人們開發了許多新型的鋰離子電池負極材料，包括過渡金屬氧化物，如氧化鐵、含鋰的過渡金屬氧化物，如鈦酸鋰、矽及其合金、錫及其合金等幾類材料。雖然以上材料具有較高的理論比容量，但近期研究發現，以上這些材料具有體積的不可逆收縮過大、容量衰減過快、循環穩定性差等缺點。因此，尋找新型的鋰電池負極材料仍是目前的研究熱點之一。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種含錳鉀氧的鋰電池負極材料的製備方法，其步驟簡單，所製備的材料在一定的充放電倍率下具有一定的容量並且具有良好的循環穩定性。
本發明給出的含錳鉀氧的鋰電池負極材料的製備方法，包括以下步驟：
（1）前驅體的製備
選取高錳酸鉀、錳酸鉀中的一種化合物，稱取一定質量，置於瓷坩堝中，放入馬弗爐中在300～600℃下煅燒1～3個小時，將煅燒後的材料溶解，過濾後取濾液，將濾液在70～95℃下烘乾後，研磨均勻即得到前驅體；
（2）活性物質的製備
將得到的前驅體與高錳酸鉀、錳酸鉀、二氧化錳中的一種按照質量比為1:(0.5～4)進行混合，並研磨均勻，即得到鋰電池負極材料，該材料又稱為活性物質。
本發明取得的有益效果是，用一種非常簡單的方法製備出了一種價格低廉，只含有錳鉀氧的且具有一定容量和循環穩定性的新型鋰電池負極材料。實踐證明，該材料在100毫安/克的電流密度下，首次放電容量達到143毫安時/克，且具有良好的循環穩定性。本發明工藝簡單，價格低廉，作為一種新的鋰電池負極材料，應用於某些特殊領域。
附圖說明
圖1為實施例1製備的含錳鉀氧的鋰電池負極材料組裝的鋰半電池在100毫安/克的電流密度下的首次充放電曲線。
圖2為實施例1製備的含錳鉀氧的鋰電池負極材料組裝的鋰半電池在100毫安/克的電流密度下的放電比容量與循環次數的關係圖。
圖3為實施例1製備前驅體時，原料在煅燒前後的SEM圖。
圖4為實施例1製備前驅體時，原料在煅燒前後的EDS圖。
具體實施方式
以下實施例用於說明本發明。
實施例1
（1）選取高錳酸鉀10g置於瓷坩堝中，放入馬弗爐內，在400℃下煅燒2h，之後，將煅燒後的產物溶解，過濾後取濾液，將濾液在90℃下烘乾，研磨均勻即得到前驅體。
（2）將得到的前驅體與二氧化錳按照質量比為1:1進行混合，研磨均勻，即得到含錳鉀氧的鋰電池負極材料。
將所得的活性物質粉末、乙炔黑和聚偏氟乙烯，按照質量比為8:1:1稱量，並在瑪瑙研缽中研磨均勻，之後滴加適量的N-甲基吡咯烷酮調製成膏，用玻璃片均勻地壓抹在銅箔上，放入真空乾燥箱中，真空乾燥。之後，以此電極為電池正極，鋰片為負極，聚丙烯2400作為隔膜，電解液為溶在有機溶劑中的1摩爾每升的LiClO4。在充滿高純氮氣的手套箱（南京南大儀器廠ZKX型）中組裝成半電池，在上海辰華的電化學工作站上進行電化學測試。
參見圖1，實施例1製備的含錳鉀氧的鋰電池負極材料組裝的鋰半電池在100毫安/克的電流密度下的首次充放電曲線。該材料組裝的電池在100毫安/克的電流密度下的首次放電比容量達到143毫安時/克。圖2，實施例1製備的含錳鉀氧的鋰電池負極材料組裝的鋰半電池在100毫安/克的電流密度下的放電比容量循環圈數的關係圖，可見，循環20圈後，電池放電容量維持在72毫安時/克。見圖3，實施例1製備前驅體時，原料在煅燒前後的SEM圖。a為原材料的照片，b為原材料煅燒後的照片。從照片可以看出，原材料的表面平整，而煅燒後表面不光滑，且成蜂窩狀。說明煅燒後有新物質生成。參見圖4，實施例1製備前驅體時，原料在煅燒前後的EDS圖譜。a為原材料，b為煅燒後產物的。可見，煅燒前後物質所含元素的種類並未發生變化，但元素峰的強度發生了改變，說明產物的錳鉀氧等各元素的含量發生了變化，說明煅燒後有新物質生成。
實施例2
（1）選取高錳酸鉀8g置於瓷坩堝中，放入馬弗爐內, 在500℃下煅燒1.5 h，將煅燒後的材料溶解, 過濾取濾液，將濾液在95℃下烘乾，研磨均勻, 即得到前驅體.
（2）將所得的前驅體與高錳酸鉀按照質量比為1:1進行混合,研磨均勻，即得到含錳鉀氧的鋰電池負極材料。
實施例3
（1）選取錳酸鉀8g置於瓷坩堝中，放入馬弗爐內，在300℃下煅燒3h，將煅燒後的材料溶解, 過濾取濾液，將濾液在85℃下烘乾後，研磨均勻, 即得到前驅體
（2）將所得的前驅體與二氧化錳按照質量比為1:2進行混合,研磨均勻，即得到含錳鉀氧的鋰電池負極材料。
實施例4
（1）選取錳酸鉀11g置於瓷坩堝中，放入馬弗爐內在500℃下煅燒2h，將煅燒後的材料溶解, 過濾取濾液，將濾液在80℃下烘乾後，研磨均勻, 即得到前驅體
（2）將所得的前驅體與錳酸鉀按照質量比為1:3進行混合, 並研磨均勻，即得到含錳鉀氧的鋰電池負極材料。
實施例5
（1）選取高錳酸鉀10g，置於瓷坩堝中，放入馬弗爐內在600℃下煅燒1h，將煅燒後的材料溶解, 過濾取濾液，將濾液在75℃下烘乾後，研磨均勻, 即得到前驅體
（2）將所得的前驅體與錳酸鉀按照質量比為1:0.8進行混合, 並研磨均勻，即得到含錳鉀氧的鋰電池負極材料。
實施例6
（1）選取高錳酸鉀11g置於瓷坩堝中，放入馬弗爐內在400℃下煅燒3h，將煅燒後的材料溶解, 過濾取濾液，將濾液在90℃下烘乾後，研磨均勻, 即得到前驅體。
（2）將所得的前驅體與錳酸鉀按照質量比為1:3.5進行混合, 並研磨均勻，即得到含錳鉀氧的鋰電池負極材料。