CN107204444A - 一种含铯锂电池正极材料的制备方法 - Google Patents

一种含铯锂电池正极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含铯锂电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：先制备具有明显的层状结构的铯铁锰氧化物前躯体，然后将其和锂源化合物混合并研磨，得到第二混合物；最后再进行热处理，得到含铯锂电池正极材料；该材料具备较高的纯度和良好的高温和大电流循环特性；同时，由于将钴元素全部替换为铯元素，环保性能显著提高。

Description

一种含铯锂电池正极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池的制备方法，属于新能源技术领域，尤其涉及一种含铯锂电池正极材料的制备方法。
背景技术
当前，人类正面临着资源估计和生存环境恶化的双重挑战。为此，世界各国正在努力研发新材料，推进低碳生活的新理念，促进人类社会由目前的高能耗、高消耗生活生产方式转向节能型、可循环的可持续发展方式。具体为大力推广清洁能源的应用，如太阳能、风能在发电领域的应用，以及使用混合动力汽车或纯电动汽车代替目前使用汽油的传统汽车。
清洁能源和新型汽的应用均离不开中大型储能电池和动力电池。在众多储能电池和动力电池中，锂离子二次电池由于具有较高的能量密度和较长的使用寿命，已经逐渐取代传统的铯氢/铯镉二次电池，其在新能源汽车、风电储能和太阳能储能等新兴领域拥有巨大发展前景。
锂离子二次电池包括正极、负极、设置在正极与负极之间的隔膜和电解液。其中，正极包括基体和涂覆在该基体上的涂覆材料，涂覆材料包括正极材料(正极活性物质)、导电材料和粘结剂。其中，正极材料是锂离子二次电池的关键原材料，由于正极材料在锂离子二次电池中占有较大的重量比，因此正极材料性能决定了电池的体型、安全性和电学性能。
当前锂电池中使用的正极材料大多为LiCoO2，还有部分LiFePO4、LiMn2O4和LiNi1-xCoxO2。
钴酸锂具有较高的比容量和较好的循环特性。但是，由于钴元素在地壳中的丰度低，属稀缺金属，因此价格昂贵，由此也导致此种材料的成本较高。此外，钴元素还具有一定的毒性，由钴酸锂制备的电池废弃后，对环境的危害较大。因此，需要提供一种价格较为低廉且环保性能较好的正极材料。
LiFePO4具有结构稳定，原料便宜，循环性和安全性较好，对环境负担较小等优点，但是也存在着合成成本较高，能量密度较低等问题。
尖晶石锰酸锂LiMn2O4具有安全性好、倍率特性好、价格低，环保等优点，也是目前的一种主流正极材料，但其能量密度偏低，循环性能与高温性能较差，很难满足大型动力锂离子电池和储能电池的要求。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种含铯锂电池正极材料的制备方法，用金属铯取代传统的钴元素。
本发明的技术方案如下：
一种含铯锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
a)、采用液相混合法，将锰源化合物、铯源化合物和铁源化合物按比例混合均匀，溶解于油胺和水的混合溶液中，强力搅拌3-5min，然后将所得混合液移入高压反应釜中、密封，于250-280℃反应24-36h；
b)、对所述混合溶液进行洗涤后，喷雾干燥处理，得到第一混合物；
c)、将所述第一混合物进行热处理，得到铯铁锰氧化物前躯体；
d)、将所述铯铁锰氧化物前躯体和锂源化合物混合并研磨，得到第二混合物；
e)、将所述第二混合物进行热处理，得到正极材料。
步骤a)、b)和c)的方法得到的铯铁锰氧化物前躯具备显著的层状结构，有利于提高锂电池的高温和大电流循环特性。
优选的，在上述正极材料的制备方法中，所述步骤a)中铯、铁和锰的摩尔比为0.2-0.3∶0.2-0.5∶1.3-1.5。
优选的，在上述正极材料的制备方法中，所述步骤d)中铯铁锰氧化物前躯体和锂源化合物的摩尔比为0.9-1∶1-1.1。
优选的，在上述正极材料的制备方法中，所述步骤c)中热处理的温度为700-1000℃，热处理的时间为24-30h。
优选的，在上述正极材料的制备方法中，所述步骤e)中热处理的温度为500-800℃，热处理的时间为36-48h。
本发明的有益之处在于：本发明获得的正极材料，具有明显的层状结构，并且具备较高的纯度和良好的高温和大电流循环特性，同时，由于将钴元素全部替换为铯元素，环保性能显著提高。
具体实施方式
实施例1：
一种含铯锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
a)、采用液相混合法，将锰源化合物、铯源化合物和铁源化合物按比例混合均匀，溶解于油胺和水的混合溶液中，强力搅拌3.5min，然后将所得混合液移入高压反应釜中、密封，于275℃反应28h；
b)、对所述混合溶液进行洗涤后，喷雾干燥处理，得到第一混合物；
c)、将所述第一混合物进行热处理，得到铯铁锰氧化物前躯体；
d)、将所述铯铁锰氧化物前躯体和锂源化合物混合并研磨，得到第二混合物；
e)、将所述第二混合物进行热处理，得到正极材料。
所述步骤a)中铯、铁和锰的摩尔比为0.25∶0.35∶1.4。
所述步骤d)中铯铁锰氧化物前躯体和锂源化合物的摩尔比为1∶1。
所述步骤c)中热处理的温度为850℃，热处理的时间为30h。
所述步骤e)中热处理的温度为620℃，热处理的时间为40h。
实施例2：
一种含铯锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
a)、采用液相混合法，将锰源化合物、铯源化合物和铁源化合物按比例混合均匀，溶解于油胺和水的混合溶液中，强力搅拌3min，然后将所得混合液移入高压反应釜中、密封，于280℃反应24h；
b)、对所述混合溶液进行洗涤后，喷雾干燥处理，得到第一混合物；
c)、将所述第一混合物进行热处理，得到铯铁锰氧化物前躯体；
d)、将所述铯铁锰氧化物前躯体和锂源化合物混合并研磨，得到第二混合物；
e)、将所述第二混合物进行热处理，得到正极材料。
所述步骤a)中铯、铁和锰的摩尔比为0.3∶0.2∶1.5。
所述步骤d)中铯铁锰氧化物前躯体和锂源化合物的摩尔比为0.9∶1.1。
所述步骤c)中热处理的温度为700℃，热处理的时间为30h。
所述步骤e)中热处理的温度为500℃，热处理的时间为48h。
实施例3：
一种含铯锂电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：
a)、采用液相混合法，将锰源化合物、铯源化合物和铁源化合物按比例混合均匀，溶解于油胺和水的混合溶液中，强力搅拌5min，然后将所得混合液移入高压反应釜中、密封，于250℃反应36h；
b)、对所述混合溶液进行洗涤后，喷雾干燥处理，得到第一混合物；
c)、将所述第一混合物进行热处理，得到铯铁锰氧化物前躯体；
d)、将所述铯铁锰氧化物前躯体和锂源化合物混合并研磨，得到第二混合物；
e)、将所述第二混合物进行热处理，得到正极材料。
所述步骤a)中铯、铁和锰的摩尔比为0.2∶0.5∶1.3。
所述步骤d)中铯铁锰氧化物前躯体和锂源化合物的摩尔比为1∶1.1。
所述步骤c)中热处理的温度为700℃，热处理的时间为30h。
所述步骤e)中热处理的温度为800℃，热处理的时间为36h。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种含铯锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)、采用液相混合法，将锰源化合物、铯源化合物和铁源化合物按比例混合均匀，溶解于油胺和水的混合溶液中，强力搅拌3-5min，然后将所得混合液移入高压反应釜中、密封，于250-280℃反应24-36h；
b)、对所述混合溶液进行洗涤后，喷雾干燥处理，得到第一混合物；
c)、将所述第一混合物进行热处理，得到铯铁锰氧化物前躯体；
d)、将所述铯铁锰氧化物前躯体和锂源化合物混合并研磨，得到第二混合物；
e)、将所述第二混合物进行热处理，得到正极材料。
2.如权利要求1所述的含铯锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中铯、铁和锰的摩尔比为0.2-0.3∶0.2-0.5∶1.3-1.5。
3.如权利要求1所述的含铯锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤d)中铯铁锰氧化物前躯体和锂源化合物的摩尔比为0.9-1∶1-1.1。
4.如权利要求1所述的含铯锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c)中热处理的温度为700-1000℃，热处理的时间为24-30h。
5.如权利要求1所述的含铯锂电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤e)中热处理的温度为500-800℃，热处理的时间为36-48h。
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