一種含銫鋰電池正極材料的製備方法與流程
2023-06-18 05:29:46 3
本發明涉及鋰電池的製備方法，屬於新能源技術領域，尤其涉及一種含銫鋰電池正極材料的製備方法。
背景技術：
當前，人類正面臨著資源估計和生存環境惡化的雙重挑戰。為此，世界各國正在努力研發新材料，推進低碳生活的新理念，促進人類社會由目前的高能耗、高消耗生活生產方式轉向節能型、可循環的可持續發展方式。具體為大力推廣清潔能源的應用，如太陽能、風能在發電領域的應用，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汽車。
清潔能源和新型汽的應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，鋰離子二次電池由於具有較高的能量密度和較長的使用壽命，已經逐漸取代傳統的銫氫/銫鎘二次電池，其在新能源汽車、風電儲能和太陽能儲能等新興領域擁有巨大發展前景。
鋰離子二次電池包括正極、負極、設置在正極與負極之間的隔膜和電解液。其中，正極包括基體和塗覆在該基體上的塗覆材料，塗覆材料包括正極材料(正極活性物質)、導電材料和粘結劑。其中，正極材料是鋰離子二次電池的關鍵原材料，由於正極材料在鋰離子二次電池中佔有較大的重量比，因此正極材料性能決定了電池的體型、安全性和電學性能。
當前鋰電池中使用的正極材料大多為licoo2，還有部分lifepo4、limn2o4和lice1-xcoxo2。
鈷酸鋰具有較高的比容量和較好的循環特性。但是，由於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，由鈷酸鋰製備的電池廢棄後，對環境的危害較大。因此，需要提供一種價格較為低廉且環保性能較好的正極材料。
lifepo4具有結構穩定，原料便宜，循環性和安全性較好，對環境負擔較小等優點，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，環保等優點，也是目前的一種主流正極材料，但其能量密度偏低，循環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。
技術實現要素：
基於背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種含銫鋰電池正極材料的製備方法，用金屬銫取代傳統的鈷元素。
本發明的技術方案如下：
一種含銫鋰電池正極材料，所述正極材料由通式lice0.5-xfe2xmn1.5-xo4表示，該通式中，0＜2x≤0.5。
優選的，所述通式中，0.1≤2x≤0.2。
所述的含銫鋰電池正極材料的製備方法，包括如下步驟：
a)、採用液相混合法，將錳源化合物、銫源化合物和鐵源化合物按比例混合均勻，溶解於油胺和水的混合溶液中，強力攪拌3-5min，然後將所得混合液移入高壓反應釜中、密封，於250-280℃反應24-36h；
b)、對所述混合溶液進行洗滌後，噴霧乾燥處理，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併研磨，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構，有利於提高鋰電池的高溫和大電流循環特性。
優選的，在上述正極材料的製備方法中，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。
優選的，在上述正極材料的製備方法中，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。
優選的，在上述正極材料的製備方法中，所述步驟c)中熱處理的溫度為700-1000℃，熱處理的時間為24-30h。
優選的，在上述正極材料的製備方法中，所述步驟e)中熱處理的溫度為500-800℃，熱處理的時間為36-48h。
本發明的有益之處在於：本發明獲得的正極材料，具有明顯的層狀結構，並且具備較高的純度和良好的高溫和大電流循環特性，同時，由於將鈷元素全部替換為銫元素，環保性能顯著提高。
具體實施方式
實施例1：
一種含銫鋰電池正極材料，所述正極材料由通式lice0.5-xfe2xmn1.5-xo4表示，該通式中，x=0.075。
所述的含銫鋰電池正極材料的製備方法，包括如下步驟：
a)、採用液相混合法，將錳源化合物、銫源化合物和鐵源化合物按比例混合均勻，溶解於油胺和水的混合溶液中，強力攪拌3.5min，然後將所得混合液移入高壓反應釜中、密封，於275℃反應28h；
b)、對所述混合溶液進行洗滌後，噴霧乾燥處理，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併研磨，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，所述正極材料由通式lice0.5-xfe2xmn1.5-xo4表示，該通式中，x=0.05。
所述的含銫鋰電池正極材料的製備方法，包括如下步驟：
a)、採用液相混合法，將錳源化合物、銫源化合物和鐵源化合物按比例混合均勻，溶解於油胺和水的混合溶液中，強力攪拌3min，然後將所得混合液移入高壓反應釜中、密封，於280℃反應24h；
b)、對所述混合溶液進行洗滌後，噴霧乾燥處理，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併研磨，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，所述正極材料由通式lice0.5-xfe2xmn1.5-xo4表示，該通式中，x=0.1。
所述的含銫鋰電池正極材料的製備方法，包括如下步驟：
a)、採用液相混合法，將錳源化合物、銫源化合物和鐵源化合物按比例混合均勻，溶解於油胺和水的混合溶液中，強力攪拌5min，然後將所得混合液移入高壓反應釜中、密封，於250℃反應36h；
b)、對所述混合溶液進行洗滌後，噴霧乾燥處理，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併研磨，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，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。