【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及新能源電池，具體為一種新型電池陽極材料的制備方法。
技術介紹
1、三元正極材料是鋰離子電池關鍵材料之一，它由鎳、鈷、錳或鋁等元素組成，鎳可提升能量密度，鈷穩定結構、影響充放電性能，錳或鋁能增強安全性與穩定性，憑借較高能量密度、較好循環穩定性及性價比，三元正極材料已成為主流，廣泛應用于新能源汽車、電動工具、儲能設備等領域，對推動相關產業發展起著重要作用。
2、隨著鋰電池應用領域的擴展，其市場需求量越來越大，但其過高的價格嚴重制約了其大量商業化，目前，鋰離子電池正極材料主要為層狀結構lico2、linio2、橄欖石結構lifepo4和尖晶石limn2o4，但在實際使用過程中，相比于其他材料，尖晶石型limn2o4環保無污染、工作電壓高、成本低、能大電流放電，是動力二次鋰離子電池的理想正極材料，但尖晶石型limn2o4易受制備工藝和條件的影響，使其在循環過程中造成較大的容量衰減，阻礙了其規模化應用。
3、目前，已得到商業化應用的三元正極材料主要有三種，分別為lini1/3co1/3mn1/3o2、lini0.4c00.2mno0.4o2、lini0.5co0.2mn0.3o2，其中，應用最多的是lini1/3co1/3mn1/3o2。研究發現，在三元正極材料中，三種不同的元素成分對整個材料所起的作用都不同。ni元素的存在使材料的比容量增加，但ni2+含量不能過大，過量時便會引起離子的混排，降低電池的容量保持率；co能夠提高材料的離子導電性，從而提高電池的倍率循環性能，但co元素含量也不能過高，過高
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種新型電池陽極材料的制備方法，解決了尖晶石型limn2o4易受制備工藝和條件的影響，使其在循環過程中造成較大的容量衰減，阻礙了其規模化應用的問題。
2、為實現以上目的，本專利技術通過以下技術方案予以實現：一種新型電池陽極材料，包括以下材料：li、ni、co、mn元素組成的三元材料作為基礎鍍種材料，其中四組元素的原子個數比為3:1:1:1，活性材料、純度99％以上厚度均勻的鋁箔。
3、一種新型電池陽極材料的制備方法，包括以下步驟：
4、s1：原料收集質檢
5、選用純度在99％及以上的包括li、ni、co、mn元素組成的三元材料作為基礎鍍種材料、活性材料、長度5—15cm，內徑2—5cm的鎢舟以及純度99％以上厚度均勻的鋁箔；
6、s2：設備準備及真空環境生成
7、使用真空泵組對反應室進行抽氣操作，先開啟粗真空泵將反應室內壓力降低至0.8—1.2pa，再切換至高真空泵繼續抽氣，直至達到1×10-4-1×10-5pa真空度，再通過氣體輸送系統按照氣體流量10-50sccm的范圍向高真空的反應室中通入氧氣；
8、s3：鎢舟加熱與電子束加速
9、通過電源設備逐漸增加電壓和電流，使鎢舟升溫，直至鎢舟溫度達到1500-2500℃，同時開啟電子束加速裝置，將三元材料以及活性材料蒸發成為蒸氣狀態；
10、s4：膜層處理與性能提升驗證
11、通過鎢舟鍍種，并配合電壓、電流控制使li、ni、co、mn交替上膜，在鋁箔表面形成新生物質新生三元鋰，并對上膜后的材料進行實測，采用專恒電位儀，在充放電電流密度在0.1-1c時，驗證鋰離子嵌入容量是否擴增；
12、s5：物理性能測試以及反饋調整
13、對上膜后的材料進行抗氧化時間檢測、型式試驗，并根據實驗結果對植被過程中的參數數據進行調整以及優化。
14、優選的，所述s1中三元材料各元素比例根據目標產物特性確定，分別將三元材料中物質占比設為x、y、z，則x、y、z的取值范圍可在0-1之間，且滿足x+y+z＝1。
15、優選的，所述s2中使用的真空反應室支持達到1×10-5pa及以下壓力值，所述s2中使用的直流電源設備電壓調節范圍在0-1000v，電流調節范圍在0-50a，所述s2中使用的高壓電弧放電裝置可輸出電壓在500—5000v之間，放電電流在1—20a之間。
16、優選的，所述s3中初始設置電壓為100—200v，電流為5—10a，然后根據鎢舟溫度監測情況逐步調整，直至鎢舟溫度達到1500-2500℃，所述s3中電子束加速裝置，設置電子束加速電壓在200—800v之間，加速電流在1—10a之間。
17、優選的，所述s3中需要在對鎢舟進行加熱前建立鎢舟表面溫度檢測特征點，并使用紅外測溫裝置以及活動支架對鎢舟表面特征點區域進行溫度監控，過程中活動支架由電機控制旋轉擺動，保持紅外測溫裝置主檢測區域按照設定路徑在多個溫度檢測特征點處擺動循環監控。
18、優選的，所述s3中需要針對鎢舟整體溫度變化狀態設定預設溫度變化曲線，同時紅外測溫裝置檢測過程中針對設定的各個溫度監測特征點分別生成對應區域溫度變化曲線，并將實際監測的溫度變化曲線與預設溫度變化曲線進行對比得到各個區域溫度偏差值曲線反饋至監控裝置處。
19、優選的，所述s3中建立溫差異常報警機制，并在溫度偏差曲線中任一事件偏差值大于設定閾值時進行異常報警，同時當多個溫度檢測特征點之間溫差值超過設定閾值時同樣進行異常報警。
20、優選的，所述s3中使用高壓電弧放電協同處理，啟動高壓電弧放電裝置，設置放電電壓在1000—3000v，放電電流在3—10a，利用其產生的電子束加速效果進一步強化對材料的蒸發處理，同時借助其對帶電粒子的約束作用，將二次電子束縛在膜材區域，過程中通過等離子體診斷設備朗繆爾探針監測等離子體密度，直至達到1×1014-1×1016m-3。
21、優選的，所述s5中物理性能測試包括抗氧化時間測試、型式試驗，其中抗氧化時間測試需要將樣品置于不同模擬實際使用環境中，并通過定期檢測樣品的氧化程度，檢查其抗氧化時間是否延長，其中型式試驗在規定的溫度循環、機械沖擊條件下進行型式試驗，觀察陽極材料表面情況。
22、本專利技術提供了一種新型電池陽極材料的制備方法。具備以下有益效果：
23、1、本專利技術通過以鋁箔為基材采用鎢舟蒸發鍍的方式，以電流電壓精準控制，實現三元鋰系材料各元素成分按需求比例致密均勻的鑲嵌附著于鋁箔之上，形成三元鋰致密膜層可控制在1μm，單位質量下三元鋰膜層面積比當前凝膠涂布等方法更大，可大幅度提高儲能比容量，電池儲能可提高約2-3倍。
24、2、本專利技術由當前凝膠涂布等方法革新為鎢舟蒸發鍍的方式，三元鋰系材料各元素以原子態相互交替咬合與基材鋁箔鑲嵌形成致密膜層，柔韌性、附著力、抗氧化性強，充放電過程不易膨脹、龜裂、脫落，循環壽命較凝膠涂布方式高出約15％。
25、3、本專利技術蒸發鍍方式可精準控制三元鋰系材料各元素的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種新型電池陽極材料，其特征在于，包括以下材料：Li、Ni、Co、Mn元素組成的三元材料作為基礎鍍種材料，其中四組元素的原子個數比為3:1:1:1，活性材料、純度99％以上厚度均勻的鋁箔。
2.一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，所述S1中三元材料各元素比例根據目標產物特性確定，分別將三元材料中物質占比設為x、y、z，則x、y、z的取值范圍可在0-1之間，且滿足x+y+z＝1。
4.根據權利要求2所述的一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，所述S2中使用的真空反應室支持達到1×10-5Pa及以下壓力值，所述S2中使用的直流電源設備電壓調節范圍在0-1000V，電流調節范圍在0-50A，所述S2中使用的高壓電弧放電裝置可輸出電壓在500—5000V之間，放電電流在1—20A之間。
5.根據權利要求2所述的一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，所述S3中初始設置電壓為100—200V，電流為5—10A，然后根據鎢舟溫度監測情況逐步
6.根據權利要求2所述的一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，所述S3中需要在對鎢舟進行加熱前建立鎢舟表面溫度檢測特征點，并使用紅外測溫裝置以及活動支架對鎢舟表面特征點區域進行溫度監控，過程中活動支架由電機控制旋轉擺動，保持紅外測溫裝置主檢測區域按照設定路徑在多個溫度檢測特征點處擺動循環監控。
7.根據權利要求6所述的一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，所述S3中需要針對鎢舟整體溫度變化狀態設定預設溫度變化曲線，同時紅外測溫裝置檢測過程中針對設定的各個溫度檢測特征點分別生成對應區域溫度變化曲線，并將實際監測的溫度變化曲線與預設溫度變化曲線進行對比得到各個區域溫度偏差值曲線反饋至監控裝置處。
8.根據權利要求7所述的一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，所述S3中建立溫差異常報警機制，并在溫度偏差曲線中任一事件偏差值大于設定閾值時進行異常報警，同時當多個溫度檢測特征點之間溫差值超過設定閾值時同樣進行異常報警。
9.根據權利要求2所述的一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，所述S3中使用高壓電弧放電協同處理，啟動高壓電弧放電裝置，設置放電電壓在1000—3000V，放電電流在3—10A，利用其產生的電子束加速效果進一步強化對材料的蒸發處理，同時借助其對帶電粒子的約束作用，將二次電子束縛在膜材區域，過程中通過等離子體診斷設備朗繆爾探針監測等離子體密度，直至達到1×1014-1×1016m-3。
10.根據權利要求2所述的一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，所述S5中物理性能測試包括抗氧化時間測試、型式試驗，其中抗氧化時間測試需要將樣品置于不同模擬實際使用環境中，并通過定期檢測樣品的氧化程度，檢查其抗氧化時間是否延長，其中型式試驗在規定的溫度循環、機械沖擊條件下進行型式試驗，觀察陽極材料表面情況。
...【技術特征摘要】
1.一種新型電池陽極材料，其特征在于，包括以下材料：li、ni、co、mn元素組成的三元材料作為基礎鍍種材料，其中四組元素的原子個數比為3:1:1:1，活性材料、純度99％以上厚度均勻的鋁箔。
2.一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，所述s1中三元材料各元素比例根據目標產物特性確定，分別將三元材料中物質占比設為x、y、z，則x、y、z的取值范圍可在0-1之間，且滿足x+y+z＝1。
4.根據權利要求2所述的一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，所述s2中使用的真空反應室支持達到1×10-5pa及以下壓力值，所述s2中使用的直流電源設備電壓調節范圍在0-1000v，電流調節范圍在0-50a，所述s2中使用的高壓電弧放電裝置可輸出電壓在500—5000v之間，放電電流在1—20a之間。
5.根據權利要求2所述的一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，所述s3中初始設置電壓為100—200v，電流為5—10a，然后根據鎢舟溫度監測情況逐步調整，直至鎢舟溫度達到1500-2500℃，所述s3中電子束加速裝置，設置電子束加速電壓在200—800v之間，加速電流在1—10a之間。
6.根據權利要求2所述的一種新型電池陽極材料的制備方法，其特征在于，所述s3中需要在對鎢舟進行加熱前建立鎢舟表面溫度檢測特征點，并使用紅外測溫裝置以及活動支架對鎢舟表面特征點區域進行溫度監控，過程中活動支架由電機控制旋轉擺動，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊帆，
申請(專利權)人：東莞市玖大薄膜技術有限公司，
類型：發明
國別省市：
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