一种微波法制备高性能铬氧化物正极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种微波法制备高性能铬氧化物正极材料的方法，采用电阻加热法结合微波加热法进行制备，先进行电阻加热，再进行微波加热。本发明专利技术为提高Cr8O

【技术实现步骤摘要】
一种微波法制备高性能铬氧化物正极材料的方法


[0001]本专利技术属于锂电池正极材料制备的
，尤其涉及一种微波法制备高性能铬氧化物正极材料的方法。

技术介绍

[0002]锂原电池具有能量密度高、工作电压高、贮存寿命长等特点，随着便携式电子设备和3C数码产品的不断升级换代以及新能源汽车的快速发展，小型电子装置和军事设备对锂电池比能量提出了更高的要求，对高比能、高安全性、高稳定性、低成本的电池的需求持续增长。而目前的电极材料因自身特性的限制，无法满足高比能电池的需求。因此，多电子反应的铬氧化物正极材料(主要是Cr8O
21
)进入人们视野。铬氧化物作为新型的锂原电池正极材料，Cr8O
21
材料具有高的理论能量密度(1210Wh/Kg)和储锂容量，具有放电容量高、放电电压平台高(>3.0V，vsLi+/Li)、在中低倍率下不发生电压滞后等优势，是最有希望实现高比能电池的正极材料之一。但是，传统方式制备Cr8O
21
材料往往需要在高温下热解前驱体CrO3超过48小时，以保证CrO3的充分反应，然而这种在高温下长时间(超过48小时)热解前驱体的制备方式不仅能耗高，而且危险性大，这极大限制了其在锂电池领域的运用前景。专利公开号CN108609656B公开了一种合成铬氧化物的方法，该方法在空气中通过控制温度波动范围即可获得纯相的Cr3O8或Cr8O
21
，对比其他制备铬氧化物时所需的高温高压和纯氧的环境，此法的制备条件无需通氧，较为安全，但该专利方案制备铬氧化物时的温度波动过程难以精确控制，容易生成其它杂相物质。
[0003]当然，关于铬氧化物正极材料的其他制备方法也有一些文献公开，例如：专利申请CN202011074563.7，公开了一种含锂化硫化聚丙烯腈的铬氧化物锂离子电池正极材料的制备方法，针对传统铬氧化物正极的电极反应动力学缓慢、首次库伦效率和比容量低等问题，所述方法为：铬氧化物制备；硫化聚丙烯腈制备；锂化硫化聚丙烯腈制备；将制备的锂化硫化聚丙烯腈和铬氧化物混合，200rpm球磨1小时，得到含锂化硫化聚丙烯腈的铬氧化物正极。该方法制备的含锂化硫化聚丙烯腈的铬氧化物锂离子电池正极材料，颗粒均匀，具有显著提升首次库伦效率、可逆电比容量和导电性的优点；该含锂化硫化聚丙烯腈，可用于其它电极材料改性，有机碳骨架具有较高的导电性、补锂容量和电化学反应电压平台，可推广到其它电极材料体系。但是，该方案在空气中煅烧前驱体CrO3两小时，此法制备的铬氧化物杂相多，物相结晶度差，残留的前驱体CrO3会与电解液发生严重的副反应，极大的降低了电池的倍率性能。
[0004]专利申请CN202110224346.X，公开了一种铬氧化物/CNTS复合材料及其制备与应用，所述铬氧化物/CNTS复合材料以铬氧化物与碳纳米管为原料，采用高温固相法或高能球磨法制作而成，该方案使用导电性好的CNTS与铬氧化物进行复合，得到的复合材料导电性得到明显改善，容量升高，倍率性能提升。但是，该方案在高温下煅烧前驱体CrO3，此法采用传统的电阻丝加热，煅烧时间过长，能耗极大，且全程通氧，使得制备过程危险性大大增加。
[0005]专利申请CN202110722710.5，公开了一种利用铬氧化物或其复合物修饰氟化碳正
极材料的方法，包括以下步骤：(1)将CrO3和氟化碳加入到无水乙醇中，经高能球磨，形成混合浆料；(2)将混合浆料经干燥、过100～200目筛，制得混合粉末；(3)将混合粉末置于空气气氛炉中，升温至196℃～240℃，得到熔融态混合物；(4)将熔融态混合物搅拌2h，使得氟化碳和熔融态CrO3充分混合均匀，经升温煅烧后，取出产物冷却、研磨、过100～200目筛后，制得铬氧化物或其复合物修饰的氟化碳正极材料；所得材料有效改善了放电初期的电压滞后问题，提高了锂氟化碳电池的倍率性能、平台电压和降低了锂氟化碳电池放电过程中的温升，且制备方法简单、成本低。但是，该方案制备的Cr8O
21
/CF
x
或Cr2O5@C复合材料制备工艺繁琐，且制备过程中由于Cr8O
21
和Cr2O5的生成温度十分接近，容易生成二者的混合相，制备生成Cr8O
21
和Cr2O5的所需时间仍然较长，且该方案还用到有机溶剂。
[0006]为提高Cr8O
21
材料的制备效率和生产人员的安全，有必要研制出一种安全性更高、效率更强的高性能铬氧化物正极材料制备方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种微波法制备高性能铬氧化物正极材料的方法。本专利技术为提高Cr8O
21
材料的制备效率，采用常规电阻加热法和微波加热法结合，利用微波均匀加热的特点，能极大地缩短制备所需时间，电阻加热烧结不超过6h，微波加热烧结不超过5h，且安全性大大提高。
[0008]为了能够达到上述所述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种微波法制备高性能铬氧化物正极材料的方法，采用电阻加热法结合微波加热法制备，包括以下步骤：
[0010](1)将前驱体三氧化铬(CrO3)放入管式炉内电阻加热烧结，通氧气气氛保护，自然冷却至室温；
[0011](2)烧结完成后取出样品送入球磨机中进行球磨操作；
[0012](3)将球磨后的样品放入微波管式炉中进行微波加热烧结，通氧气气氛保护，自然冷却至室温；
[0013](4)烧结完成后取出产物，研磨成粉末、过筛，制得所述高性能铬氧化物正极材料Cr8O
21
材料。
[0014]进一步地，在步骤(1)，所述电阻加热烧结的温度设置为250～290℃，温升速率为1～5℃/min，烧结时间为2～6h。
[0015]进一步地，在步骤(2)，所述球磨机的转速为100～500r/min，球磨的时间2～5h，球磨至物料过180～220目筛。
[0016]进一步地，在步骤(3)，所述微波加热烧结的温度设置为250～290℃，微波功率为500～1500W，烧结时间为1～5h。
[0017]进一步地，在步骤(1)及(3)，所述氧气气氛的流速为20～40ml/min。
[0018]进一步地，在步骤(4)，所述过筛是过180～220目筛子。
[0019]微波加热为物质吸收电磁能从而发生的自加热过程，是一种体加热方式，具有受热均匀、升温快等特点，能降低制备过程的能耗。如图6所示是两种加热方式的受热原理图，可以看出，常规电阻丝加热，热量主要集中于材料表面，材料内部得到的热量少，表面和内部的温度梯度大，材料受热不均匀。而微波加热属于体相加热，是材料的自加热，材料内部
与表面的温度梯度很小，能够实现材料的均匀受热。
[0020]由于本专利技术采用了以上技术方案，具有以下有益效果：
[0021](1)本专利技术采用先电阻加热处理CrO3，再微波加热后处理的模式制备Cr8O
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波法制备高性能铬氧化物正极材料的方法，其特征在于：采用电阻加热法结合微波加热法进行制备，先进行电阻加热，再进行微波加热。2.根据权利要求1所述的一种微波法制备高性能铬氧化物正极材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)将前驱体三氧化铬放入管式炉内电阻加热烧结，通氧气气氛保护，自然冷却至室温；(2)烧结完成后取出样品送入球磨机中进行球磨操作；(3)将球磨后的样品放入微波管式炉中进行微波加热烧结，通氧气气氛保护，自然冷却至室温；(4)烧结完成后取出产物，研磨成粉末、过筛，制得所述高性能铬氧化物正极材料Cr8O
21
材料。3.根据权利要求2所述的一种微波法制备高性能铬氧化物正极材料的方法，其特征在于：在步骤(1)，所述电阻加热烧结的温度设置为250～290℃，温升速...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕久康，吴宁宁，王庆杰，王畅，张亮，张红梅，陈晓涛，刘富亮，石斌，
申请(专利权)人：贵州梅岭电源有限公司，
类型：发明
国别省市：