CN112670451B - 提高水下航行器用锂锰电池能量密度的有机复合正极制备方法 - Google Patents

提高水下航行器用锂锰电池能量密度的有机复合正极制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高水下航行器用锂锰电池能量密度的有机复合正极制备方法，将具备电化学特性的一类含有羰基的有机羰基化合物与碳酸锂经由混合加入至去离子水形成溶液，而后搅拌、超声、离心、清洗及高温煅烧形成有机活性材料，再而与二氧化锰复合成正极活性材料，与导电炭黑、PVDF、NMP混合制成提高锂锰电池能量密度的正极。通过对正极材料二氧化锰进行修饰，优化了传统二氧化锰嵌锂方式，通过介入有机羰基化合物，可以与锂离子形成配合物，实现正极活性材料的嵌锂及聚合锂的能力，进一步提高正极材料的比容量。本发明相比于现有二氧化锰体系具有更优越的容锂能力，相比于现有改善工艺更环保，低成本，具备更高的能量密度。

Description

提高水下航行器用锂锰电池能量密度的有机复合正极制备 方法
技术领域
本发明属水下锂电池技术领域于，涉及一种提高水下航行器用锂锰电池能量密度的有机复合正极制备方法，是一种采用原位掺杂复合二氧化锰体系作电池正极，用于锂金属电池。
背景技术
作为一种高能的电化学体系，锂锰电池以其高能量密度、良好安全性、长储存性已被广泛应用于动态密码智能卡、无线传感器节点和远程测控平台、NB-IOT物联网相关产品、及军事应用(弹用电源、通讯电源、水下兵器电源等)。随着各领域基础技术更新，耗电终端功能的增加，迫切需要锂锰电池以更高能量进行输出，以满足更大负载稳定的工作。
目前改善水下航行器用锂锰电池功率密度的方法有正极材料二氧化锰的改性，正极材料的各组分配比设计，包覆二氧化锰，新型导电剂添加等。其中，二氧化锰的改性，可以提升其电化学性能，如CN 108281607A公开了改性电解二氧化锰及其制备方法，不仅使TiO2添加剂分布均匀,还能够降低锐钛矿晶型TiO2对电池钢壳的腐蚀作用,也能够有效发挥锐钛矿晶型TiO2俘获Fe离子的能力,从而延长电池的储存寿命、提高电池的中等电流放电性能。正极材料的配比优化也可提升其放电性能，如CN 103682246A公开了一种高负载锂锰电池及其制备方法，通过调整二氧化锰和导电炭黑的比重，提升了整个电池的放电平台，从而实现提升发挥效能。所述专利都是针对无机材料改性二氧化锰或导电剂添加来提升二氧化锰或正极材料的导电性，对于原位掺杂有机材料的二氧化锰，目前尚未公布有效的性能提升或制备方法。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种提高水下航行器用锂锰电池能量密度的有机复合正极制备方法。
技术方案
一种提高水下航行器用锂锰电池能量密度的有机复合正极制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将有机羰基化合物与碳酸锂按照摩尔比1︰1混合得到混合物；
步骤2：将去离子水加入混合物，超声2～3h，再用磁力搅拌器搅拌24h；搅拌后以转速10000rpm～12000rpm进行离心10min～12min；
所述加入的去离子水为混合物质量的1.5～2倍)；
步骤3：继续用无水乙醇清洗多次，然后真空烘箱烘干，温度50～70℃得到粉末；
步骤4：将粉末在惰性气体下，在高温280～380℃下煅烧20h～24h，然后研磨后得到有机材料；
步骤5：将有机材料按照正极物料配比，余量为溶剂，制成作为正极的混合浆料材料；
所述正极物料配比为：有机材料︰二氧化锰︰导电碳黑︰聚偏氟乙烯＝25％-45％︰25％-45％︰5％-30％︰5％-10％；
所述溶剂为NMP。
所述有机羰基化合物为含有共轭羰基的有机羰基化合物。
所述步骤3用无水乙醇清洗3～6次。
所述惰性气体为氩气或氦气。
一种采用所制备的正极的混合浆料材料制备有机正极片的方法，其特征在于：将混合浆料涂敷于0.15～0.4mm铝网上，真空烘箱100～150℃烘烤2h，制备成有机正极片。
所述涂敷采用辊压工艺。
有益效果
本发明提出的一种提高水下航行器用锂锰电池能量密度的有机复合正极制备方法，通过对正极材料二氧化锰进行修饰，优化了传统二氧化锰嵌锂方式，通过介入有机羰基化合物，可以与锂离子形成配合物，实现正极活性材料的嵌锂及聚合锂的能力，进一步提高正极材料的比容量。
与现有技术相比，本发明的有效效果在于：将具备电化学特性的一类含有羰基的有机羰基化合物与二氧化锰复合成正极活性材料，相比于现有二氧化锰体系具有更优越的容锂能力，在二氧化锰嵌入锂离子过程外，有机羰基化合物还可与锂离子形成配合物，此外，通过所保护的正极活性材料制备方法所制备的电池，相比于现有工艺制备的电池具备更高的能量密度。
附图说明
图1：未添加(Blank)有机羰基化合物与添加后(Experiment)放电曲线图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1
S1：将四苯酸酐与碳酸锂(摩尔比1：1)在研钵中均匀混合；
S2:将去离子水中(S1混合物质量的1.5倍)加入至步骤S1的混合物，超声2h，再用磁力搅拌器搅拌24h；搅拌后离心12min，转速12000rpm；
S3：将步骤S2产物无水乙醇清洗4次，然后真空烘箱烘干，温度60℃；
S4：将步骤S3制备的粉末在氩气下高温煅烧300℃、24h，研磨后得到有机材料。
S5：将步骤S4的有机材料按照正极物料配比有机材料：二氧化锰：导电碳黑：聚偏氟乙烯＝45％：45％：5％：5％，余量为溶剂，所述溶剂为NMP，制成混合浆料。
S6：将步骤S5混合浆料采用辊压工艺涂敷于0.4mm铝网上，真空烘箱120℃烘烤2h，制备成有机正极片。
本发明中未做详细描述的内容均为现有技术。
实施例2
S1：将玫瑰红酸水合物与碳酸锂(摩尔比1：1)在研钵中均匀混合；
S2:将去离子水中(S1混合物质量的2倍)加入至步骤S1的混合物，超声2h，再用磁力搅拌器搅拌24h；搅拌后离心12min，转速10000rpm；
S3：将步骤S2产物无水乙醇清洗4次，然后真空烘箱烘干，温度60℃；
S4：将步骤S3制备的粉末在氩气下高温煅烧320℃、24h，研磨后得到有机材料。
S5：将步骤S4的有机材料按照正极物料配比有机材料：二氧化锰：导电碳黑：聚偏氟乙烯＝45％：45％：5％：5％，余量为溶剂，所述溶剂为NMP，制成混合浆料。
S6：将步骤S5混合浆料采用辊压工艺涂敷于0.4mm铝网上，真空烘箱120℃烘烤2h，制备成有机正极片。
实施例3
S1：将玫瑰红酸水合物与碳酸锂(摩尔比1：1)在研钵中均匀混合；
S2:将去离子水中(S1混合物质量的2倍)加入至步骤S1的混合物，超声2h，再用磁力搅拌器搅拌24h；搅拌后离心12min，转速11000rpm；
S3：将步骤S2产物无水乙醇清洗6次，然后真空烘箱烘干，温度60℃；
S4：将步骤S3制备的粉末在氩气下高温煅烧350℃、24h，研磨后得到有机材料。
S5：将步骤S4的有机材料按照正极物料配比有机材料：二氧化锰：导电碳黑：聚偏氟乙烯＝45％：45％：5％：5％，余量为溶剂，所述溶剂为NMP，制成混合浆料。
S6：将步骤S5混合浆料采用辊压工艺涂敷于0.4mm铝网上，真空烘箱120℃烘烤2h，制备成有机正极片。
反例(未含羰基一类的有机羰基化合物)
S1将二氧化锰：导电碳黑：聚偏氟乙烯＝85％：10％：5％，余量为溶剂，所述溶剂为NMP，制成混合浆料。
S2：将步骤S2混合浆料采用辊压工艺涂敷于0.4mm铝网上，真空烘箱120℃烘烤2h，制备成有机正极片。
记实施例2为Experiment组，反例为Blank组，放电容量提升10％，放电曲线见图1。

Claims (4)

1.一种提高水下航行器用锂锰电池能量密度的有机复合正极制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将四苯酸酐或玫瑰红酸水合物与碳酸锂按照摩尔比1︰1混合得到混合物；
步骤2：将去离子水加入混合物，超声2～3h，再用磁力搅拌器搅拌24h；搅拌后以转速10000rpm～12000rpm进行离心10min～12min；
所述加入的去离子水为混合物质量的1.5～2倍；
步骤3：继续用无水乙醇清洗多次，然后真空烘箱烘干，温度50～70℃得到粉末；
步骤4：将粉末在惰性气体下，在高温280～380℃下煅烧20h～24h，然后研磨后得到有机材料；
步骤5：将有机材料按照正极物料配比，余量为溶剂，制成作为正极的混合浆料材料；
所述正极物料配比为：有机材料︰二氧化锰︰导电碳黑︰聚偏氟乙烯＝25％-45％︰25％-45％︰5％-30％︰5％-10％；
所述溶剂为NMP；
步骤6：将混合浆料涂敷于0.15～0.4mm铝网上，真空烘箱100～150℃烘烤2h，制备成有机复合正极。
2.根据权利要求1所述提高水下航行器用锂锰电池能量密度的有机复合正极制备方法，其特征在于：所述步骤3用无水乙醇清洗3～6次。
3.根据权利要求1所述提高水下航行器用锂锰电池能量密度的有机复合正极制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气或氦气。
4.根据权利要求1所述提高水下航行器用锂锰电池能量密度的有机复合正极制备方法，其特征在于：所述涂敷采用辊压工艺。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114122313A (zh) * 2021-10-25 2022-03-01 西北工业大学 一种超薄有机复合电源及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1672275A (zh) * 2002-07-23 2005-09-21 日矿马铁利亚股份有限公司 锂二次电池用正极材料的制造方法
JP2010212078A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Nippon Denko Kk リチウム二次電池用正極材料、その製造方法及び二次電池
CN102931395A (zh) * 2012-11-27 2013-02-13 中国科学院新疆理化技术研究所 一种锂离子电池正极材料镍锰酸锂的制备方法
CN109088062A (zh) * 2018-08-14 2018-12-25 河北省科学院能源研究所 一种聚酰亚胺包覆、卤族元素掺杂改性的镍锰酸锂材料的制备方法
CN110970615A (zh) * 2019-06-11 2020-04-07 青岛红星新能源技术有限公司 一种高性能锰酸锂正极材料的改性方法
CN111769255A (zh) * 2020-07-09 2020-10-13 四川虹微技术有限公司 一种大功率锂-二氧化锰电池用正极极片及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004155631A (ja) * 2002-11-08 2004-06-03 Dainippon Toryo Co Ltd 非水リチウム二次電池用のリチウムマンガン系複酸化物粒子、その製造方法及び非水リチウム二次電池
US8999009B2 (en) * 2012-03-07 2015-04-07 A123 Systems Llc Surface modification of battery materials and method for making a battery
US9570752B2 (en) * 2014-05-16 2017-02-14 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode material for lithium-based batteries

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1672275A (zh) * 2002-07-23 2005-09-21 日矿马铁利亚股份有限公司 锂二次电池用正极材料的制造方法
JP2010212078A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Nippon Denko Kk リチウム二次電池用正極材料、その製造方法及び二次電池
CN102931395A (zh) * 2012-11-27 2013-02-13 中国科学院新疆理化技术研究所 一种锂离子电池正极材料镍锰酸锂的制备方法
CN109088062A (zh) * 2018-08-14 2018-12-25 河北省科学院能源研究所 一种聚酰亚胺包覆、卤族元素掺杂改性的镍锰酸锂材料的制备方法
CN110970615A (zh) * 2019-06-11 2020-04-07 青岛红星新能源技术有限公司 一种高性能锰酸锂正极材料的改性方法
CN111769255A (zh) * 2020-07-09 2020-10-13 四川虹微技术有限公司 一种大功率锂-二氧化锰电池用正极极片及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Functional Hybrid Materials Based on Manganese Dioxide and Lignin Activated by Ionic Liquids and Their Application in the Production of Lithium Ion Batteries;Łukasz Klapiszewski等;《International Journal of Molecular Sciences》;20170712;第18卷(第7期);1-29 *
高端尖晶石锰系正极材料的合成及性能研究;魏启亮;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（工程科技II辑）》;20140315(第03期);C042-656 *

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