[发明专利]一种储能设备、锂锰氧化物及其制备方法和应用

说明书

一种储能设备、锂锰氧化物及其制备方法和应用，属于电池领域具有锂缺陷的锂锰氧化物的制备方法包括：提供前驱体，所述前驱体含有钠锰氧化物和锂源，且所述钠锰氧化物中含锂元素；在氧化性气氛中，以选定的第一升温速率将所述前驱体加热至第一预设温度进行煅烧、随后冷却；其中，煅烧过程通过固相的熔盐反应使所述钠锰氧化物中的钠元素通过离子交换的方式被替代为来自于所述锂源中的锂元素。该锂锰氧化物能够被用于作为电池的正极材料，并提高电池的放电比容量和能量密度。

技术领域

本申请涉及电池领域，具体而言，涉及一种储能设备、锂锰氧化物及其制备方法和应用。

背景技术

在众多的电池储能技术中，锂离子电池以较高的能量密度、较长的循环使用寿命和对环境较低的污染等优势而备受关注。近年来，锂离子电池已经被广泛应用于各种消费类电子产品，并被作为未来大规模储能发展的关键技术。

作为锂离子电池的关键组成部分，正极材料对锂离子电池的发展起着至关重要的作用。

当前商用化的锂离子电池正极材料主要以含钴的氧化物(例如钴酸锂/LiCoO₂)为主。然而，钴元素较高的成本直接限制了锂离子电池在智能电网、电动汽车等大规模储能领域的应用。

虽然以磷酸铁锂和锰酸锂为代表的正极材料具有成本优势，但是其能量密度相对较低，仍然难以满足大规模储能技术对能量密度的日益增长的需求。

因此，开发低成本且具有高能量密度的正极材料对推动锂离子电池在大规模储能领域的应用至关重要。

发明内容

本申请提供了一种储能设备、锂锰氧化物及其制备方法和应用，其具有大的能量密度。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请的示例提供了一种具有锂缺陷的锂锰氧化物的制备方法，并且该制备方法包括：提供前驱体，前驱体含有钠锰氧化物和锂源，且钠锰氧化物中含锂元素；在氧化性气氛中，以选定的第一升温速率将前驱体加热至第一预设温度进行煅烧、随后冷却；其中，煅烧过程通过固相的熔盐反应使钠锰氧化物中的钠元素通过离子交换的方式被替代为来自于锂源中的锂元素。

其中的“锂缺陷”可以通过锂锰氧化物的化学通式Li_xMn_y(TM)_zO₂中的锂的取值而体现，如x1，或者通过锂和氧的化学计量比的比值x/2小于0.5而体现。其中TM表示不是锰的过渡金属元素。

根据本申请的一些示例，冷却方式为自然冷却或以选定的第一降温速率的受控冷却。

可选地，制备方法还包括在以选定的第一升温速率将前驱体加热至第一预设温度进行煅烧、随后冷却之后实施的下述步骤：水洗并将水的难溶物干燥。

根据本申请的一些示例，钠锰氧化物由锂化合物、钠化合物、锰化合物和可选的过渡金属氧化物制作而成；可选地，钠锰氧化物由锂化合物、钠化合物、锰化合物和可选的过渡金属氧化物在混合状态下固相烧结而成；可选地，锂化合物、钠化合物、锰化合物和可选的过渡金属氧化物的混合方式是粉末混合或者粉末混合且被压制为片状；可选地，锂化合物、钠化合物、锰化合物和可选的过渡金属氧化物的混合方式是粉末混合且在2MPa-20MPa的压力下被压制为片状；可选地，钠锰氧化物由锂化合物、钠化合物、锰化合物和可选的过渡金属氧化物以选定的第二升温速率加热至第二预设温度进行煅烧、随后冷却制作而成；其中，过渡金属氧化物中的过渡金属元素包括钛、锆或铌且不含锰。

根据本申请的一些示例，钠锰氧化物由锂化合物、钠化合物、锰化合物和可选且不含锰的过渡金属氧化物按照下述摩尔比配料：Li:Na:Mn:TM＝x:y:1-x-z:z；其中，0.18≤x≤0.2，0.5y≤0.65，0≤z≤0.05，TM表示可选且不含锰的过渡金属氧化物中的非锰的过渡金属元素。