本发明涉及储能,尤其涉及储能电芯及其制备方法。
背景技术:
1、锂离子电池以工作电压高、工作范围宽、比能量大、无污染、使用寿命长等优点,在全球二次电池市场占据主导地位,特别是近几年在电动汽车等领域得到了广泛应用。
2、从锂离子电池的构成出发,正极材料占很大比例,约为负极材料的3-4倍。可见,正极材料的性能直接影响着电池性能的好坏。licoo2、lifepo4、linixcoymn1-x-yo2等正极材料已得到广泛的研究,但这些正极材料组装的锂离子电池体系存在成本高、安全性差等缺陷。
3、锰酸锂具有价格低廉、矿存丰富、安全性强的巨大优势,且综合性能较钴酸锂和三元材料有较大优势,但由于其在高温适应性以及循环性能方面仍存在一些问题,使得其应用受到较大限制。
技术实现思路
1、本申请提供一种储能电芯及其制备方法,能够提升锰酸锂正极材料的高温适应性和循环性能,从而使得储能电芯的高温适应性和循环性能得到提升。
2、第一方面,本申请实施例提供了一种储能电芯的制备方法,包括制备正极材料,所述制备正极材料的步骤包括:
3、配制含有锰酸锂、铋盐和钼系酸盐的混合溶液,所述钼系酸盐包括钼酸盐、钨酸盐和钒酸盐中的至少一种,所述混合溶液中,铋离子的摩尔量为n1,钼酸根离子、钨酸根离子和钒酸根离子的总摩尔量为n2,锰酸锂的摩尔量为n3,n1:n2: n3=(1.05~2.2):1:(100~200);
4、对所述混合溶液进行溶剂热反应处理,得到正极材料。
5、在一些实施方式中,所述混合溶液中还含有氧化铋,所述混合溶液中氧化铋的摩尔量为n4,n4:n2=(0.1~0.2):1。
6、在一些实施方式中,所述溶剂热反应处理的温度为140℃~200℃,所述溶剂热反应处理的时间为12h~24h。
7、在一些实施方式中,所述混合溶液中还含有1 mmol ~2 mmol的表面活性剂,所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基戊基二甲基溴化铵中的一种或多种。
8、在一些实施方式中,所述混合溶液的ph为1~5。
9、在一些实施方式中,所述配制含有锰酸锂、铋盐和钼系酸盐的混合溶液包括步骤:将铋盐溶液、钼系酸盐溶液和锰酸锂混合均匀;
10、在所述将铋盐溶液、钼系酸盐溶液和锰酸锂混合均匀之前,所述制备方法还包括如下步骤:
11、制备所述锰酸锂:将锂源和锰源均匀混合,所述锂源中锂离子和所述锰源中锰离子的摩尔比为(1~1.2):3,得到锰锂混料,然后在750℃~900℃下对所述锰锂混料进行焙烧处理,得到锰酸锂;和/或,
12、配制所述铋盐溶液:将铋源与第一溶剂混合配制成第一配制溶液,在所述第一配制溶液中加入表面活性剂和氧化铋,得到铋盐溶液;和/或,
13、配制所述钼系酸盐溶液:将钼系源与第二溶剂混合配制成第二配制溶液,所述钼系源包括钼源、钨源和钒源中的至少一种,得到钼系酸盐溶液。
14、在一些实施方式中,在所述第一配制溶液中加入表面活性剂和氧化铋之后,所述制备方法还包括将所述第一配制溶液调节至酸性。
15、在一些实施方式中,所述铋源包括五水合硝酸铋。
16、在一些实施方式中,在所述将钼系源与第二溶剂混合配制成第二配制溶液之后,所述制备方法还包括将所述第二配制溶液调节至酸性。
17、在一些实施方式中,所述钼源包括二水合钼酸钠。
18、在一些实施方式中,所述钨源包括二水合钨酸钠。
19、在一些实施方式中,所述钒源包括钒酸钠。
20、在一些实施方式中,所述第一溶剂和所述第二溶剂独立地选自水、乙醇和乙二醇中的至少一种。
21、在一些实施方式中,所述第一配制溶液和/或所述第二配制溶液的浓度≥0.1mol/l。
22、第二方面,本申请实施例还提出一种储能电芯,采用第一方面所述的制备方法制得,所述储能电芯包括涂覆有正极材料的正极片,所述正极材料包括锰酸锂基体,以及在所述锰酸锂基体上原位生长的bixmyoz,其中,x、y、z>0,m包括钼元素、钨元素和钒元素中的至少一种;
23、在所述正极材料中,锰酸锂基体的摩尔量为n3,bixmyoz中m元素的摩尔量为n2,n2:n3=1:(100~200)。
24、在一些实施方式中,在所述正极材料中,bi元素部分与m元素的酸根离子结合形成bix-mmyoz,另一部分沉积于bix-mmyoz上,0<m<x。
25、在一些实施方式中,在所述正极材料中,bix-mmyoz的摩尔量为n5,沉积于bix-mmyoz上的bi元素的摩尔量为n6,n6:n5=(0.1~0.2):1。
26、本技术方案与现有技术相比,至少具有以下技术效果:
27、本申请技术方案采用钼系酸盐和铋盐对锰酸锂正极材料进行改性,使得正极材料的高温适应性和循环性能均得到提升。在溶剂热反应处理中,混合溶液中的铋盐和钼系酸盐会在锰酸锂表面原位生成适量含量的钼系酸铋(钼酸铋、钨酸铋和钒酸铋)。由于钼系酸铋(钼酸铋、钨酸铋和钒酸铋)化合物属于奥里维里斯(aurivillius)化合物,具有优异的高温抗氧化性和结构稳定性,将适量的钼系酸铋与锰酸锂复合,能够提高锰酸锂正极材料的高温性能和循环性能;此外,由于钼酸铋为性能优良的半导体光催化剂,禁带宽度适宜,有利于电子-空穴对的分离,通过将其与锰酸锂复合,有利于提高正极材料的电子迁移率,从而使得正极材料的倍率性能得到提升。此外,改性后的锰酸锂正极材料的循环性能得到提升还要归功于钼系酸铋所具有的独特形貌,具体地:由于钼系酸铋为粒径小于锰酸锂粒径的颗粒状,易插入锰酸锂颗粒之间,且由于钼系酸铋呈花状微球状,其表面具有褶皱/孔隙,能够与锰酸锂颗粒进行紧密结合,不但能够提升正极材料整体的压实密度,还能提升正极材料的结构稳定性,进而使得正极材料的循环性能得到进一步提升。
1.一种储能电芯的制备方法,其特征在于,包括制备正极材料,所述制备正极材料的步骤包括:
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述混合溶液中还含有氧化铋,所述混合溶液中氧化铋的摩尔量为n4,n4:n2=(0.1~0.2):1。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述溶剂热反应处理的温度为140℃~200℃,所述溶剂热反应处理的时间为12h~24h。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述混合溶液中还含有1 mmol ~2 mmol的表面活性剂,所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基戊基二甲基溴化铵中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述混合溶液的ph为1~5。
6.如权利要求1-5任一所述的制备方法,其特征在于,所述配制含有锰酸锂、铋盐和钼系酸盐的混合溶液包括步骤:将铋盐溶液、钼系酸盐溶液和锰酸锂混合均匀;
7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法还包括如下特征(1)-(8)中的至少一种:
8.一种储能电芯,采用如权利要求1-7任一所述的制备方法制得,其特征在于,所述储能电芯包括涂覆有正极材料的正极片,所述正极材料包括锰酸锂基体,以及在所述锰酸锂基体上原位生长的bixmyoz,其中,x、y、z>0,m包括钼元素、钨元素和钒元素中的至少一种;
9.如权利要求8所述的储能电芯,其特征在于,在所述正极材料中,bi元素部分与m元素的酸根离子结合形成bix-mmyoz,另一部分沉积于bix-mmyoz上,0<m<x。
10.如权利要求9所述的储能电芯,其特征在于,在所述正极材料中,bix-mmyoz的摩尔量为n5,沉积于bix-mmyoz上的bi元素的摩尔量为n6,n6:n5=(0.1~0.2):1。