[發明專利]一種單晶鋁錳氧化物正極材料及其制備方法與應用和一種鋁離子電池在審
申請號: | 202310368722.1 | 申請日: | 2023-04-07 |
公開(公告)號: | CN116344790A | 公開(公告)日: | 2023-06-27 |
發明(設計)人: | 鄧健秋;李瑞椿;趙方正;王鳳;劉鵬;劉道晟 | 申請(專利權)人: | 桂林電子科技大學 |
主分類號: | H01M4/505 | 分類號: | H01M4/505;C30B29/22;C30B1/02;C30B1/10;H01M4/485;H01M10/054 |
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摘要: | |||
搜索關鍵詞: | 一種 單晶鋁錳 氧化物 正極 材料 及其 制備 方法 應用 離子 電池 | ||
本發明提供了一種單晶鋁錳氧化物正極材料及其制備方法與應用和一種鋁離子電池,屬于鋁離子電池及其材料技術領域。本發明采用機械化學法與高溫燒結的制備方法制備出單晶鋁錳氧化物正極材料。本發明的制備方法工藝簡單,適合大規模化生產;本發明提供的正極材料的通式為Alsubgt;x/subgt;MnOsubgt;4/subgt;(2/3≤x2),晶系為立方晶系,具有高容量、長循環、低成本、易制備等優勢;本發明提供的鋁離子電池具有高工作電壓、高容量和較好的循環穩定性,可以用作寬溫域儲能器件。
技術領域
本發明涉及鋁離子電池及其材料技術領域,尤其涉及一種單晶鋁錳氧化物正極材料及其制備方法與應用和一種鋁離子電池。
背景技術
化石燃料的日益枯竭以及隨之而來的對環境的可怕影響,推動了生態友好和可持續發展的可再生能源的開發,然而,可再生能源的間歇性、不確定性、分散性等性質限制了其在電網供應中的大規模應用,這些可再生能源存在大量的浪費和自損耗問題,促進多功能應用的能源儲存系統的發展。雖然鋰離子電池是最成功的儲能系統之一,但其低安全性與易燃的有機電解質和有限的鋰資源,嚴重阻礙了能源儲存系統的發展。在這種背景下,高能量和低成本的可充電電池仍然需要廣泛探索。其中,鋁離子電池(AIBs)具有明顯的優勢,因為Al的理論容量高(8040mAh/cm3和2980mAh/g),地殼中鋁元素含量豐富(8.3%),近幾年來已經被研究人員重點關注。
正極材料是鋁離子電池至關重要的組成部分,決定了鋁離子電池的能量密度,因而受到了廣泛的研究。目前已報道的鋁離子電池正極材料主要為普魯士藍類類似物、石墨材料、過渡金屬硫化物、超導離子導體材料和有機化合物等。普魯士藍類似物具有開放的結構,能夠在水溶液中可逆的嵌入/脫出鋁離子,但是表現出低可逆容量。石墨材料在非水系鋁離子電池中表現出超長的循環壽命和高倍率性能,然而石墨材料提供的容量基本不超過150mAh/g。過渡金屬硫化物以可逆的脫出/嵌入鋁離子,但是容量衰減快。超離子導體材料同樣存在容量衰減快的問題,極大的限制了鋁離子電池的發展。因此,研發一種高容量、低成本、易制備的正極材料,是促進鋁離子電池發展急需解決的問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種單晶鋁錳氧化物正極材料及其制備方法與應用和一種鋁離子電池,以解決現有鋁離子電池容量低、成本高及容量衰減快的技術問題。
為了實現上述發明目的,本發明提供以下技術方案:
本發明提供了一種單晶鋁錳氧化物正極材料,所述單晶鋁錳氧化物正極材料的化學式為AlxMnO4,其中2/3≤x2,材料的晶型為單晶,晶系為立方晶系。
進一步的,所述單晶鋁錳氧化物正極材料的平均粒徑為2~15μm,比表面積為0.5~3m2/g,壓實密度≥3.1g/cm3。
本發明提供了一種單晶鋁錳氧化物正極材料的制備方法,包括以下步驟:
1)將化學計量比的含錳化合物和含鋁化合物分散于分散劑中,得到混合物;
2)將混合物研磨后干燥得到前驅體粉末;
3)對前驅體粉末進行兩段式燒結,對冷卻后的產物順次進行粉碎、過篩、除磁,即得到單晶鋁錳氧化物正極材料。
進一步的,所述含錳化合物包含碳酸錳、一氧化錳、二氧化錳、三氧化二錳、四氧化三錳、醋酸錳、硫酸錳、氯化錳、硝酸錳、草酸錳和氫氧化錳中一種或幾種;所述含鋁化合物包含氧化鋁、氫氧化鋁、氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁、乙醇鋁、異丙醇鋁、醋酸鋁、羥基草酸鋁和羥基氧化鋁中的一種或幾種。
進一步的,所述分散劑包含水、乙醇、異丙醇、丙酮、丁酮、乙二醇、乙二醇二甲醚和N-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種,所述分散劑的用量為混合物的20~80wt%。
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