一种金属氧化物正极材料及应用制造技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，且公开了一种金属氧化物正极材料的制备方法，步骤一：取一定量的锂盐，锰盐、铀盐和氯化钾，再将锂盐，锰盐、铀盐和氯化钾按一定比例倒入在玛瑙钵中进行磨匀，之后将其转入到球磨罐中并得到混合物；步骤二：将上述球磨均匀的混合物装入在坩埚中，再将坩埚放入在马弗炉中，将混合物在马弗炉中加热至800

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物正极材料及应用


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体为一种金属氧化物正极材料及应用。

技术介绍

[0002]核能是一种高效能源利，用其进行发电的核电站相对于火电厂来说消耗能少，污染小，对环境危害不大，且燃料费用占发电成本的比例低；核燃料能量密度大，运输存储方便。然而，核能为我们带来无尽益处的同时也带来了难题。核废料是一种难以再循环利用且具有长期危害的物品，其中就有大量的含铀物质。随着对含铀氧化物成分研究的深入，对微观结构的解析，人们对长期核废料储存应用以及新燃料棒技术的含铀材料的化学理解更加清晰，从而更有利于设计出新的材料，拓展新的应用领域。
[0003]随着新材料的开发、核废料长期储存的应用以及新的应用领域的开发，对含铀氧化物成分的研究仍然令人感兴趣。研究制备了含有3d过渡金属的复杂氧化铀晶体，发现用熔剂生长法合成的化合物中，除铀原子外，大部分还含有第一排过渡金属原子。文献表明，含铀氧化物最常见的结构特征是线性或近似线性的铀酰离子UO
22+
。铀酰离子与赤道区的四个、五个或六个氧原子松散配位，形成方形、五边形或六角双锥。轴向铀酰氧原子通常是末端的，形成主要的零维、一维和二维(分别为0d、1D和2D)。三维(3D)结构并不常见；但是，它们通常表现出独特的框架拓扑结构。研究发现，Li
3.2
Mn
1.8
U6O
22
为等结构，结晶于空间群中，为钠长石结构类型。化合物具有三维钠长石结构，其中α
‑
U3O8型片(P层)由MnO6八面体(O层)连接。这是铀酰氧化物的一种新的骨架拓扑。Li
+
离子存在于MnO6八面体之间的空隙中。这些层与钠长石结构类型中常见的U3O8型层序重复。铀原子处于7倍氧配位环境中，表现出典型的铀酰键基序，即两个短轴键和五个长赤道键。FOUADG.EL
‑
METWALY团队利用U掺杂尖晶石，取代LiMn2O4中的Mn原子制备了LiMn
1.97
U
0.03
O4材料，结果表明U掺杂的LiMn
1.97
U
0.03
O4比纯LiMn2O4具有更为优越的电化学性能。相比与尖晶石结构的LiMn
1.97
U
0.03
O4，本专利使用醋酸铀在高温条件下转化为层状铀源如U3O8合成钠长石结构的Li
3.2
Mn
1.8
U6O
22
也可用于储能领域。
[0004]核废料的进一步应用在能源领域较为少见，但我们提出了将铀转化成新型晶体材料，并将材料运用到能源领域，得到了较好的性能效果。

技术实现思路

[0005](一)解决的技术问题
[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种金属氧化物正极材料的制备方法及应用具备良好的可逆性与稳定性，大大提高了充放电效率及锂电池的使用寿命，解决了上述
技术介绍
提出的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为实现上述的目的，本专利技术提供如下技术方案：一种金属氧化物正极材料的制备方法，包括含铀材料、导电剂、粘接剂和有机溶剂，所述含铀材料为含铀氧化物，所述含铀氧
化物由铀盐，锂盐和锰盐混合高温煅烧制得，所述含铀材料、导电剂、粘接剂和有机溶剂的各质量百分比分别为：
[0009]含铀材料：80～90％；
[0010]导电剂：10～20％；
[0011]粘结剂：5～10％，
[0012]有机溶剂：150％～500％(相对于整体固体含量)
[0013]锂电池正极材料的制备方法具体步骤如下：
[0014]步骤一：取一定量的锂盐，锰盐、铀盐，再将锂盐，锰盐、铀盐按一定比例倒入在玛瑙钵中进行磨匀，之后将其转入到球磨罐中，以400rpm/min
‑
700rpm/min的转速球磨6
‑
48h并得到混合物；
[0015]步骤二：将上述球磨均匀的混合物装入在坩埚中，再将坩埚放入在马弗炉中，将混合物在马弗炉中以2
‑
20℃/min的升温速率加热至800
‑
1200℃，使得混合物被熔融烧结，最后将其冷却降温得到层状的LixMnyUnOm层状晶体；
[0016]步骤三：将上述的LixMnyUnOm层状晶体与导电剂和粘结剂以一定的比例混合均匀制成含铀正极材料。
[0017]优选的，所述锂盐为醋酸铀和硝酸铀中的一种或其两者组合。
[0018]优选的，所述锂盐为氯化锂、硝酸锂和硫酸锂中的一种或多种组合。
[0019]优选的，所述锰盐为氯化锰、硝酸锰、硫酸锰和醋酸锰中的一种或多种组合。
[0020]优选的，所述的导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纤维、超导碳和碳纳米管中的一种或多种组合。
[0021]优选的，所述的粘接剂为PVDF
‑
HSV900、PVDF
‑
3150以及水性粘合剂LA132中的一种或多种组合。
[0022]所述锂盐，锰盐、铀盐的摩尔比为1
‑
3：1
‑
1.5：40。
[0023]一种基于一种金属氧化物正极材料的制备方法得到的含铀正极材料在锂电池正极材料中的应用。
[0024](三)有益效果
[0025]与现有技术相比，本专利技术提供了一种金属氧化物正极材料的制备方法及应用，具备以下有益效果：
[0026]1、该金属氧化物正极材料的制备方法，提出了将醋酸铀通过高温转化为层状的U3O8做为前驱体，制备新型结构材料；
[0027]2、该金属氧化物正极材料的制备方法，通过外加两种无机盐，利用熔剂生长法经过烧结，超纯水洗涤和干燥方法，制备新的含铀层状晶体，将得到的铀层状晶体在能源领域的应用，对于废料利用提供了新思路，在电化学测试当中，该材料表现了良好的可逆性与稳定性，在体积能量密度方面具有一定优势，大大提高了充放电效率及电池寿命。
附图说明
[0028]图1为本专利技术提出的Li
3.2
Mn
1.8
U6O
22
粉体材料的SEM图；
[0029]图2为本专利技术提出的Li
3.2
Mn
1.8
U6O
22
粉体材料的XRD图；
[0030]图3为本专利技术提出的Li
3.2
Mn
1.8
U6O
22
粉体材料制备的半电池的CV图；
[0031]图4为本专利技术提出的Li
3.2
Mn
1.8
U6O
22
粉体材料的半电池充放电循环图；
[0032]图5为本专利技术提出的Li
3.2
Mn
1.8
U6O
22
粉体材料的半电池不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物正极材料，包括含铀材料、导电剂、粘接剂和有机溶剂，其特征在于，所述含铀材料为含铀氧化物，所述含铀氧化物由铀盐，锂盐、锰盐、氯化钾混合高温煅烧制得，所述含铀材料、导电剂、粘接剂各质量百分比分别为：含铀材料：80～90％；导电剂：10～20％；粘结剂：5～10％；所述有机溶剂的含量为整体固体含量的1.5
‑
5倍；所述金属氧化物正极材料的制备方法，具体步骤如下：步骤一：取一定量的锂盐，锰盐、铀盐，再将锂盐，锰盐、铀盐按比例倒入在玛瑙钵中进行磨匀，之后将其转入到球磨罐中，以400rpm/min
‑
700rpm/min的转速球磨6
‑
48h并得到混合物；步骤二：将上述球磨均匀的混合物装入在坩埚中，再将坩埚放入在马弗炉中，将混合物在马弗炉中以2
‑
20℃/min的升温速率加热至800
‑
1200℃，使得混合物被熔融烧结，最后将其冷却降温得到层状的LixMnyUnOm层状晶体；步骤三：将上述的LixMnyUnOm层状晶体与导电剂和粘结剂混合均匀，加入有机溶剂，搅拌至泥浆状，涂布，烘干，制成所述正极材料。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺鹤鸣，吴蔚，卢双燕，丁志辉，
申请(专利权)人：广东鸣蔚新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：