[發明專利]超級電容用鋰錳氧陰極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010785546.8
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN112466673B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 凌仕剛;張嫚;張亞茹;李山山;朱衛泉
• 申請（專利權）人: 天津國安盟固利新材料科技股份有限公司;中信國安盟固利電源技術有限公司
• 主分類號: H01G11/46
• 分類號: H01G11/46;H01G11/50;H01G11/86
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 劉冬梅;范國鋒

本發明提供了一種超級電容用鋰錳氧陰極材料及其制備方法，該陰極材料采用鋰源、錳源、鋁源先混合燒結制得燒結初產物，再與氟源進行混合燒結，然后經粉碎、過篩和除鐵，最終制得超級電容用鋰錳氧陰極材料，該陰極材料具有更高的功率密度和更長的循環壽命，特別是其在高溫下仍具有較高的容量保持率。且該陰極材料的制備方法簡單，制備效率高，其可由現有的鋰離子電池正極材料制備儀器進行生產加工，大大降低了制備成本。

技術領域

本發明屬于電化學儲能器件與新能源材料領域，特別涉及一種超級電容器用鋰錳氧陰極材料及其制備方法。

背景技術

目前的電化學儲能器件，主要包括鋰離子電池、鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、超級電容器幾大類。從技術成熟度、電化學性能、成本、環保等方面考慮，上述儲能技術各有優劣，如鋰離子電池具有較高的能量密度和較長的循環壽命、鉛酸電池技術成熟度較高且成本相對低廉，鎳氫電池及鎳鎘電池具有良好的安全特性，超級電池容器具有超高的功率密度和超長的循環壽命；但上述電化學儲能器件也各有缺陷，如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池循環壽命較短，超級電容器能量密度較低且單位瓦時成本較高、鋰離子電池功率密度較低，這導致上述器件在實際應用中都存在著明顯的缺憾。

近年來，隨著新能源汽車、軌道交通、航空航天等領域快速發展，各領域如新能源汽車、高鐵、啟停電源、UPS電源、工業機器人、無人機、地鐵等對電池的依賴度及電池的性能要求越來越高，如成本、能量密度、功率密度、循環壽命、日歷壽命、安全性、器件柔性等都提出了更高的要求。以新能源汽車為例，目前的新能源電動汽車主要采用鋰離子電池作為能量源，但鋰離子電池在啟動、加速、減速、低溫充電速率、低溫充電效率、大功率充放電的安全性等方面都存在明顯的功率密度不足的短板。

目前，現有的技術方案，一方面，采用融合鋰離子電池的高能量密度及超級電容器的高功率密度特性，構建復合型能量存儲與轉換器件，另一方面，采用高能量密度的正極材料，如鋰錳氧、鋰鎳鈷錳氧、鋰鈷氧等，用于超級電容器的陰極材料，以提升超級電容器的能量密度。盡管超級電容器的引入，在一定程度上彌補了鋰離子電池功率密度的不足，不但降低了復合儲能器件的能量密度，同時超級電容器的引入，增加了電池度電成本，此外，直接采用常規動力電池正極材料用于超級電容器陰極材料，雖然可有效的提升電容器能量密度，但其功率密度及使用壽命顯著降低。

發明內容

基于上述技術背景，本發明人進行了銳意進取，結果發現：采用鋰源、錳源、鋁源和氟源通過固相燒結法，通過限定鋰元素和錳元素的摩爾比、燒結溫度、比表面積等，限制鋰錳氧陰極材料的放電比容量，從而使該超級電容用鋰錳氧陰極材料具有更高的功率密度和更長的循環壽命，特別是使其在高溫下仍具有較高的容量保持率和循環壽命，且該陰極材料可由現有的鋰離子電池正極材料制備儀器進行生產加工，生產成本較低，且制備方法簡單、高效。

本發明的第一方面在于提供一種超級電容用鋰錳氧陰極材料，該陰極材料由鋰源、錳源和鋁源燒結后，再加入氟源燒結制得，鋰源中鋰元素和錳源中錳元素的摩爾比為(1.03～1.16)：(1.76～1.96)。

本發明的第二方面在于提供一種根據本發明第一方面所述的超級電容用鋰錳氧陰極材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

步驟1、將鋰源、錳源和鋁源混合均勻；

步驟2、步驟1得到的混合物進行燒結；

步驟3、將氟源與步驟2制得的燒結產物混合、燒結。

本發明提供的制備方法及由此制備的超級電容用鋰錳氧陰極材料具有以下優勢：

(1)本發明所述的超級電容用鋰錳氧陰極材料具有更高的能量密度；

(2)本發明所述的超級電容用鋰錳氧陰極材料具有更長的循環壽命，可在有效提升超級電容器能量密度的同時，顯著的降低單位瓦時成本；