一种超高功率脉冲型储能器件的正极材料及其制备方法与流程

本发明涉及新型能量存储装置，具体涉及一种超高功率脉冲型储能器件的正极材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着电池技术与制造工艺的进步，锂离子电池等二次储能电池各项性能指标不断提高，在各领域的应用越来越广泛。从新能源动力电池到航空航天等特种专用设备，此类应用场景对脉冲电源的功率、能量密度以及循环寿命有着更高的要求。因此，制备出性能优异的、可进行高功率脉冲放电的储能器件是必要且急切的。

2、本申请通过制备一种纳米级粒径和微米级粒径混合的钴酸锂正极材料，与商业化硬炭材料为负极材料，制备出具有优异高倍率脉冲及高倍率循环的储能器件，同时具有一定的能量密度，满足新能源汽车等领域对高功率脉冲电源的需求。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种超高功率脉冲型储能器件及其制备方法，利用纳米级正极材料的电容型储能性质与微米级正极材料的电池型储能性质，在保证电池在具有一定能量密度的前提下(＞80wh/kg)，极大的提升储能器件的高功率脉冲性能(1s脉冲倍率≥100c)。

2、为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种超高功率脉冲型储能器件正极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将微米级和纳米级粒径级别的过渡金属嵌锂氧化物以质量比为70～95:5～30置于高能球磨机中，添加适量的溶剂使得混合物形成浆料；高能球磨机以200～400r/min的转速球磨2～6h，得到微米级粒径和纳米级粒径混合的过渡金属嵌锂氧化物的混合正极材料；

5、s2、将制备的混合正极材料、导电剂和粘结剂充分搅拌均匀后加入有机溶剂，再次搅拌均匀后制成喷涂浆料，将浆料通过静电喷涂均匀地喷涂在基材表面上，烘干后得到静电喷涂法混合材料正极材料。

6、本发明的工作原理及有益效果：

7、通过过渡金属嵌锂氧化物纳米级和微米级颗粒的均匀混合，利用纳米级颗粒的电容特性与微米级颗粒的电池特性，在储能器件有较高能量密度的前提下极大的提升其脉冲放电性能，从而制备出适用于新能源汽车动力电池、航空航天动力电源等领域的新型超高功率脉冲型储能器件。

8、由于微米级和纳米级粒径级别的过渡金属嵌锂氧化物粒径级别小，采用常规的混合方式时，例如行星式搅拌机或超声波进行分散，两种粒径的材料密度不一样，用上述两种方式分散可能会产生分层的现象，导致混合不均匀，而本申请采用小直径球、中直径球、大直径球进行低速短时间的球磨混合，不会造成分层，混合更均匀，使得基材表面上喷涂更均匀，提高正极材料的高倍率脉冲及高倍率循环能力。

9、优化的，所述过渡金属嵌锂氧化物包括licoo2、limn2o4、lifepo4、lini1～x～ycoymnxo2(ncm三元材料)、lini1～x～ycoyalxo2(nca三元材料)、limxmn2～xo4(m为fe、co掺杂原子)的锂离子电池用正极材料。

10、优化的，所述混合物中纳米级颗粒质量占比为5～30％。

11、优化的，所述高能球磨机中不锈钢球与所球磨材料的质量比为3～5:1。

12、优化的，所述不锈钢球中小直径球、中直径球、大直径球的质量比为4～5:3～4:2，大球直径、中球直径和小球直径分别为20mm、10mm、5mm。

13、优化的，s1将球磨得到的混合正极材料置于真空烘箱中，在60℃～80℃的温度下干燥12～24h。

14、优化的，所述s2静电喷涂时基材表面的单面喷涂完成后进行烘干，按照同样方法处理基材表面的另一面。

15、优化的，所述导电剂为cnts、sp，所述粘结剂为pvdf，混合正极材料和cnts、sp、pvdf的添加质量比为：85～92.5:2.5～5:2.5～5:2.5～5；所述有机溶剂为n～甲基吡咯烷酮。

16、优化的，喷涂浆料注入静电喷涂设备的喷枪，调节喷涂距离至5～20cm，喷涂速度1cm/s～3cm/s，设置静电喷涂电压10～20kv，周围环境温度25℃，将喷涂浆料均匀地喷涂在基材表面上，喷涂厚度15～35μm。

17、一种超高功率脉冲型储能器件正极材料制备方法得到的正极材料。

技术特征：

1.一种超高功率脉冲型储能器件正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的超高功率脉冲型储能器件正极材料的制备方法，其特征在于，所述过渡金属嵌锂氧化物包括licoo2、limn2o4、lifepo4、lini1～x～ycoymnxo2(ncm三元材料)、lini1～x～ycoyalxo2(nca三元材料)、limxmn2～xo4(m为fe、co掺杂原子)的锂离子电池用正极材料。

3.根据权利要求2所述的超高功率脉冲型储能器件正极材料的制备方法，其特征在于，所述混合物中纳米级颗粒质量占比为5～30％。

4.根据权利要求3所述的超高功率脉冲型储能器件正极材料的制备方法，其特征在于，所述高能球磨机中不锈钢球与所球磨材料的质量比为3～5:1。

5.根据权利要求4所述的超高功率脉冲型储能器件正极材料的制备方法，其特征在于，所述不锈钢球中小直径球、中直径球、大直径球的质量比为4～5:3～4:2，大球直径、中球直径和小球直径分别为20mm、10mm、5mm。

6.根据权利要求5所述的超高功率脉冲型储能器件正极材料的制备方法，其特征在于，s1将球磨得到的混合正极材料置于真空烘箱中，在60℃～80℃的温度下干燥12～24h。

7.根据权利要求6所述的超高功率脉冲型储能器件正极材料的制备方法，其特征在于，所述s2静电喷涂时基材表面的单面喷涂完成后进行烘干，按照同样方法处理基材表面的另一面。

8.根据权利要求7所述的超高功率脉冲型储能器件正极材料的制备方法，其特征在于，所述导电剂为cnts、sp，所述粘结剂为pvdf，混合正极材料和cnts、sp、pvdf的添加质量比为：85～92.5:2.5～5:2.5～5:2.5～5；所述有机溶剂为n-甲基吡咯烷酮。

9.根据权利要求8所述的超高功率脉冲型储能器件正极材料的制备方法，其特征在于，将喷涂浆料注入静电喷涂设备的喷枪，调节喷涂距离至5～20cm，喷涂速度1～3cm/s，设置静电喷涂电压10～20kv，周围环境温度25℃，将喷涂浆料均匀地喷涂在基材表面上，喷涂厚度15～35μm。

10.根据权利要求1～9任一项所述的超高功率脉冲型储能器件正极材料制备方法得到的正极材料。

技术总结
本申请公开了新型能量存储装置技术领域的一种超高功率脉冲型储能器件正极材料的制备方法，包括以下步骤，S1、将微米级和纳米级粒径级别的过渡金属嵌锂氧化物以质量比为70～95:5～30置于高能球磨机中，添加适量的溶剂使得混合物形成浆料；高能球磨机以200～400r/min的转速球磨2～6h得到混合正极材料；S2、将制备的混合正极材料、导电剂和粘结剂充分搅拌均匀后加入有机溶剂，再次搅拌均匀后制成喷涂浆料，将浆料通过静电喷涂均匀地喷涂在基材表面上，烘干后得到静电喷涂法混合材料正极材料。利用纳米级正极材料的电容型储能性质与微米级正极材料的电池型储能性质，在保证电池在具有一定能量密度的前提下，极大的提升储能器件的高功率脉冲性能。

技术研发人员：班宵汉,田文燕,胡锦飞,刘富亮,刘江涛,胡洪瑞,周雄,刁思强,陈安国,李一帆,田洪松,罗凤兰,陈晓涛
受保护的技术使用者：贵州梅岭电源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/2