扣式锂锰电池正极配方及制备方法与流程

本发明属于扣式锂锰电池领域，具体涉及扣式锂锰电池正极配方及制备方法。

背景技术：

1、扣式锂锰电池主要由正极的锂锰氧化物、负极的金属锰以及电解质等构成，其工作原理基于锂离子在正负极材料间的嵌入与脱嵌反应，通过这一过程，电能得以储存和释放，为各类设备提供持续稳定的电力支持。相较于其他类型电池，扣式锂锰电池拥有诸多显著的优势和特点，它能量密度高，在相对更小的体积和重量下，能够存储更多能量，安全性良好，即使在极端条件下也鲜少发生泄漏或爆炸事故，为用户的安全提供了有力保障，在便携式电子设备、医疗器械和航空航天领域具有广阔的应用前景。这种电池的电压稳定，一般在3.6v左右，能量密度达200wh/kg以上，远超其他类型的电池，具有很高的应用价值。

2、目前技术制备出的扣式锂锰电池在高温条件下会发生热失控反应，这不仅会导致电池的性能急剧下降，甚至可能引发安全事故，由于扣式设计本身的密封性较强，一旦内部发生热失控，压力上升可能导致电池壳体破裂，增加了使用风险；扣式锂锰电池在存储过程中更容易出现放电现象，即使未连接任何装置，电量也会慢慢流失；扣式锂锰电池在低温环境下的性能衰减比较明显，这限制了其在寒冷地区的应用，在高温下会加速电池的老化过程，降低使用寿命。

3、数据显示，对锂锰氧化物进行改性，掺杂钴离子，用碳纳米管对改性锂锰氧化物进行表面包覆和热处理得到的改性锂锰氧化物颗粒，能提高锂锰氧化物的电化学性能和结构稳定性，其中碳纳米管的高导电性(＞105sm-1300k)和大比表面积(1315m2/g)，能提高正极材料的电子传输效率至99.99％和活性物质利用率至98.9％，最后以聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物作为粘结剂，不仅提升了粘结能力，还能在充放电过程中保持结构稳定，提高了电池的安全性和寿命。

4、目前，针对扣式锂锰电池正极的设计思路之一是制备锂锰电池正极片状物。例如，按照预设比例将锂锰氧化物、纤维状导电剂、无水乙醇和聚四氟乙烯乳液混匀并碾压成片状物，经过鼓风干燥后把片状物切成颗粒，再将颗粒放在模具中在压片机上压成需要的形状和尺寸，取出后即得锂锰电池正极，但是，采用上述方法制备出的锂锰电池正极片状物的倍率性能低，因此，为了提高正极的倍率性能，采用的方法有制备多孔结构的锂锰氧化物、掺杂金属离子、包覆导电材料、改善sei和使用高浓度锂盐电解液等。

5、因此，为了得到电化学性能和结构稳定的扣式锂锰电池正极的同时提高其安全性和使用寿命，需要要对其进行深入研究，特别是对原料的选择和用量进行优化，以避免因原料的选择和用量不同导致扣式锂锰电池正极的电化学性能和结构无法达到预期。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，目的是提供一种扣式锂锰电池正极配方及制备方法。

2、本发明提供了一种扣式锂锰电池正极配方，所述扣式锂锰电池正极是以改性锂锰氧化物、碳纳米管、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物和纳米氧化铝为原料制得的。

3、进一步地，所述改性锂锰氧化物的制备原料包括锂源、锰源、溶剂、螯合剂与添加剂。

4、进一步地，所述锂源为锂盐。

5、进一步地，所述锰源为锰盐。

6、进一步地，所述溶剂为无水乙醇。

7、进一步地，所述螯合剂为醋酸。

8、进一步地，所述添加剂为稀土元素或过渡金属元素盐类。

9、本发明还提供了上述扣式锂锰电池正极的制备方法，所述方法包括以下步骤：

10、(1)将所述锂盐和所述锰盐溶解在所述溶剂中，同时加入所述螯合剂，以形成均一的溶液；

11、(2)将所述步骤(1)中的溶液放在恒温水浴中，并使用磁力搅拌器不断搅拌，形成溶胶；

12、(3)在所述步骤(2)的溶胶形成的过程中，将预先溶解好的所述添加剂溶液逐滴加入到所述溶胶中，确保所述添加剂的均匀分布；

13、(4)将所述溶胶在室温下静置一段时间，使所述溶胶逐渐转变为凝胶；

14、(5)将所述步骤(4)中的凝胶在恒温恒湿条件下老化一段时间，然后，将所述老化后的凝胶置于真空干燥箱中，进行低温干燥得到凝胶块体；

15、(6)将所述步骤(5)中的凝胶块体进行精细研磨和筛分得到锂锰氧化物；

16、(7)在所述步骤(6)中的锂锰氧化物中加入氯化钴，进行钴离子掺杂，得到所述改性锂锰氧化物；

17、(8)用所述碳纳米管对所述步骤(7)中的改性锂锰氧化物进行表面包覆和热处理，得到改性锂锰氧化物颗粒；

18、(9)对所述步骤(8)中的改性锂锰氧化物颗粒进行精细研磨和筛分；

19、(10)将所述步骤(9)中的改性锂锰氧化物颗粒和所述碳纳米管、所述聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物及所述纳米氧化铝进行初步混合，在真空条件下进行热处理；

20、(11)将所述步骤(10)中的混合物进行球磨细化、干燥与造粒、压制成型、热处理和包装后得到所述扣式锂锰电池的正极。

21、进一步地，步骤(1)中，所述锂盐和所述锰盐的摩尔比为1：1，所述锂盐和所述锰盐的总质量与所述溶剂、所述螯合剂的质量比为1：2：0.3；

22、和/或，步骤(2)中，所述恒温水浴的温度为50℃，时间为20h；

23、和/或，步骤(2)中，所述磁力搅拌器搅拌的速度为400rpm，时间为20h；

24、和/或，步骤(2)中，所述溶胶的粘度为200-400mpa.s；

25、和/或，步骤(3)中，所述添加剂溶液和所述溶胶的质量比为25：24；

26、和/或，步骤(3)中，所述添加剂溶液为0.1m的氯化铁溶液；

27、和/或，步骤(3)中，所述添加剂溶液滴加速度为1滴/s；

28、和/或，步骤(4)中，所述静置时间为4h；

29、和/或，步骤(5)中，所述恒温恒湿条件为，温度为35℃，湿度为30％-50％；

30、和/或，步骤(5)中，所述老化时间为24h；

31、和/或，步骤(5)中，所述低温干燥的温度为10℃，时间为8h；

32、和/或，步骤(7)中，所述氯化钴和所述锂锰氧化物的质量比为1：35；

33、和/或，步骤(7)中，所述氯化钴的浓度为0.1m；

34、和/或，步骤(9)中，所述筛分出的改性锂锰氧化物颗粒粒径为24nm；

35、和/或，步骤(10)中，所述改性锂锰氧化物颗粒和所述碳纳米管、所述聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物及所述纳米氧化铝的质量比为85：8：6：1；

36、和/或，步骤(10)中，所述热处理的温度为500℃。

37、和/或，步骤(11)中，所述球磨细化中采用所述无水乙醇作为有机溶剂；

38、和/或，步骤(11)中，所述干燥条件为烘箱真空＜-0.06mpa；

39、和/或，步骤(11)中，所述造粒的粒径为10-18nm；

40、和/或，步骤(11)中，所述压制的压力为110mpa；

41、和/或，步骤(11)中，所述压制成型的尺寸为直径19.0-20.0mm，高3.01-3.15mm；

42、和/或，步骤(11)中，所述热处理的温度为150℃。

43、进一步地，所述锂盐为硝酸锂或醋酸锂。

44、进一步地，所述锂盐为硝酸锂。

45、进一步地，所述锰盐为四水合氯化锰、乙酸锰或二氧化锰。

46、进一步地，所述锰盐为四水合氯化锰。

47、进一步地，所述添加剂为稀土元素或过渡金属元素盐类。

48、进一步地，所述稀土元素或过渡金属元素盐类为三氯化铁。

49、进一步地，步骤(2)中，所述磁力搅拌器搅拌的速度和时间的设置根据概率融合多阶邻域图聚类算法进行预设，所述概率融合多阶邻域图聚类算法的公式为：

50、

51、在公式(1)中，为所述磁力搅拌器搅拌的速度和时间的设置的参数的集合，pmn为所述磁力搅拌器搅拌的速度和时间的设置的参数，max为最大值，min为最小值，(αm,αn)为原料在所述磁力搅拌器内的坐标，αm为原料在所述磁力搅拌器内的横坐标，αn的纵坐标，m和n分别为原料的种类数和非邻接点的数目；

52、

53、在公式(2)中，θm为支配参数，δn为支配体参数，且θm和δn均为常数，i为原料的序数；

54、通过公式(1)和公式(2)将和pmn分别计算出来后，再利用公式(3)对和pmn进行拟合，公式(3)的表达式为：

55、

56、在公式(3)中，nt为所述磁力搅拌器搅拌的速度和时间的设置的参数的个数，δn为待拟合的标量参数，β为常数，q为所述磁力搅拌器搅拌的速度和时间的设置的参数的序数；

57、

58、在公式(4)中，e为自然对数，是个常数。

59、实验结果表明，本发明制备得到的扣式锂锰电池正极具有优异的电化学性能和结构稳定，安全性高，使用寿命长，应用前景广阔。

60、显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

61、以下通过实施例形式的具体实施例方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。