[发明专利]超级电容用锂锰氧阴极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种超级电容用锂锰氧阴极材料及其制备方法，该阴极材料采用锂源、锰源、铝源先混合烧结制得烧结初产物，再与氟源进行混合烧结，然后经粉碎、过筛和除铁，最终制得超级电容用锂锰氧阴极材料，该阴极材料具有更高的功率密度和更长的循环寿命，特别是其在高温下仍具有较高的容量保持率。且该阴极材料的制备方法简单，制备效率高，其可由现有的锂离子电池正极材料制备仪器进行生产加工，大大降低了制备成本。

技术领域

本发明属于电化学储能器件与新能源材料领域，特别涉及一种超级电容器用锂锰氧阴极材料及其制备方法。

背景技术

目前的电化学储能器件，主要包括锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、超级电容器几大类。从技术成熟度、电化学性能、成本、环保等方面考虑，上述储能技术各有优劣，如锂离子电池具有较高的能量密度和较长的循环寿命、铅酸电池技术成熟度较高且成本相对低廉，镍氢电池及镍镉电池具有良好的安全特性，超级电池容器具有超高的功率密度和超长的循环寿命；但上述电化学储能器件也各有缺陷，如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池循环寿命较短，超级电容器能量密度较低且单位瓦时成本较高、锂离子电池功率密度较低，这导致上述器件在实际应用中都存在着明显的缺憾。

近年来，随着新能源汽车、轨道交通、航空航天等领域快速发展，各领域如新能源汽车、高铁、启停电源、UPS电源、工业机器人、无人机、地铁等对电池的依赖度及电池的性能要求越来越高，如成本、能量密度、功率密度、循环寿命、日历寿命、安全性、器件柔性等都提出了更高的要求。以新能源汽车为例，目前的新能源电动汽车主要采用锂离子电池作为能量源，但锂离子电池在启动、加速、减速、低温充电速率、低温充电效率、大功率充放电的安全性等方面都存在明显的功率密度不足的短板。

目前，现有的技术方案，一方面，采用融合锂离子电池的高能量密度及超级电容器的高功率密度特性，构建复合型能量存储与转换器件，另一方面，采用高能量密度的正极材料，如锂锰氧、锂镍钴锰氧、锂钴氧等，用于超级电容器的阴极材料，以提升超级电容器的能量密度。尽管超级电容器的引入，在一定程度上弥补了锂离子电池功率密度的不足，不但降低了复合储能器件的能量密度，同时超级电容器的引入，增加了电池度电成本，此外，直接采用常规动力电池正极材料用于超级电容器阴极材料，虽然可有效的提升电容器能量密度，但其功率密度及使用寿命显著降低。

发明内容

基于上述技术背景，本发明人进行了锐意进取，结果发现：采用锂源、锰源、铝源和氟源通过固相烧结法，通过限定锂元素和锰元素的摩尔比、烧结温度、比表面积等，限制锂锰氧阴极材料的放电比容量，从而使该超级电容用锂锰氧阴极材料具有更高的功率密度和更长的循环寿命，特别是使其在高温下仍具有较高的容量保持率和循环寿命，且该阴极材料可由现有的锂离子电池正极材料制备仪器进行生产加工，生产成本较低，且制备方法简单、高效。

本发明的第一方面在于提供一种超级电容用锂锰氧阴极材料，该阴极材料由锂源、锰源和铝源烧结后，再加入氟源烧结制得，锂源中锂元素和锰源中锰元素的摩尔比为(1.03～1.16)：(1.76～1.96)。

本发明的第二方面在于提供一种根据本发明第一方面所述的超级电容用锂锰氧阴极材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1、将锂源、锰源和铝源混合均匀；

步骤2、步骤1得到的混合物进行烧结；

步骤3、将氟源与步骤2制得的烧结产物混合、烧结。

本发明提供的制备方法及由此制备的超级电容用锂锰氧阴极材料具有以下优势：

(1)本发明所述的超级电容用锂锰氧阴极材料具有更高的能量密度；

(2)本发明所述的超级电容用锂锰氧阴极材料具有更长的循环寿命，可在有效提升超级电容器能量密度的同时，显著的降低单位瓦时成本；