[发明专利]一种钙钛矿型锰酸钙材料及其制备方法与其在宽温区锂离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种锰酸钙负极材料及其制备方法与其在宽温区锂离子电池中的应用，属于锂离子电池负极材料技术领域，本发明的主要目的是解决锂离子电池在宽温区环境下性能下降的问题，锰酸钙负极材料中，锰酸钙颗粒均匀分布，每个颗粒尺寸约500nm。制备方法是以含锰化合物，含钙化合物为原料，采用液相制备辅助高温煅烧的方法，在70℃油浴蒸干，并在惰性气氛下以5℃min^‑1的升温速度，380℃热处理2h,900℃热处理5h,得到锰酸钙样品。得到的产物纯度高，颗粒均匀，并探讨了在0‑50℃锂离子电池中的电化学性能，高温和低温下均表现出了优异的电化学性能。此方法简单方便，成本低，对环境友好，适用于在锂离子电池中生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种纳钙钛矿型锰酸钙的制备方法及其在宽温区锂离子电池中的应用。

背景技术

随着社会的发展，人们对能源存储设备的需求不断增长。锂离子电池(LIBs)的能量密度高，循环性能好，并且具有良好的安全性和可靠性，已成为目前需求量最大的电化学储能器件，备受关注。锂离子电池应用范围非常广泛，移动通信、航空航天、军事行业、交通运输、电能存储等诸多领域都有锂离子电池的身影。锂离子电池结构并不复杂，通常由正极材料，负极材料，电解液和隔膜四大部分组成。在这四部分中，正极材料和负极材料对锂离子电池的性能好坏起着至关重要的作用。本专利的着眼点就是锂离子电池的负极材料。目前在锂离子电池的实际生产中，其所用的负极材料是商业化生产的石墨。然而目前的石墨负极比容量较低，且存在低温性能不佳的难题。在此背景下，本专利从负极材料着手，进行攻关，提供一种改善锂离子电池在宽温区工作环境下整体性能的新材料和制备方法。

钙钛矿结构最初是在研究CaTiO₃晶体时提出的。钙钛矿结构不单是指包含Ti或Ca的单一化合物，而是一个大家族，其结构式为ABX₃，这种独特的结构使其具有独特的物理和化学性质，其丰富的表面组成和高活性的表面位点使其在光催化，超级电容器，光学，氧化还原氧化裂化，太阳能电池等领域有许多应用。钙钛矿型材料作为锂离子电池电极材料的研究几乎没有报道。实际上钙钛矿结构材料是一类良好的锂离子固体电解质，其内部原子层的交替堆垛结构正好形成一种锂离子迁移通路，使之成为了锂离子的快离子导体，具有很高的锂离子迁移率。显然这种钙钛矿结构材料作为锂离子电池的负极材料理论上具有潜在的巨大优势。众所周知，钙钛矿结构具有优良的稳定性，可以在很宽的温度区间内保持稳定。由此可想，开发一种钙钛矿结构的锂离子电池负极材料很有可能是解决锂离子电池在宽温区环境下性能下降的一条有效途径。

目前CaMnO₃的主要合成方法为高温固相合成，该方法也存在诸多不足，如所需要的合成温度比较高、时间比较长、合成样品颗粒较大、致密性较差、反应过程参数难以进行调控等诸多缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钙钛矿型锰酸钙负极材料，该材料具有纯度高、结晶性好并具有优异的电化学性能。

一种纳米钙钛矿型锰酸钙负极材料的制备方法，采用液相制备辅助高温煅烧得到CaMnO₃颗粒，合成方法简单方便，成本低，对环境友好，适用于大规模的生产。

本发明的目的主要是通过以下技术方案得以解决：

锰酸钙颗粒均匀分布，每个颗粒尺寸约500nm，产物具有优异的电化学稳定性。

钙钛矿型锰酸钙负极材料的制备方法，步骤如下：

步骤(1)将柠檬酸溶解在60mL蒸馏水中，搅拌均匀；所述柠檬酸量为0.001mol-0.020mol之间。

步骤(2)将上述溶液搅拌均匀后，向其中加入0.2-0.8mL 0.1-7.5mol/L HNO₃硝酸溶液，含锰化合物，含钙化合物，蒸干收集得到锰酸钙前体；