一种具有高功率特性的复合正极及其制备方法与应用与流程

本发明属于化学电源，特别是涉及一种具有高功率特性的复合正极及其制备方法与应用。

背景技术：

1、锂铬基金属氧化物电池作为一种新型锂原电池体系具有比能量高、比功率高、工作温度范围宽，贮存寿命长等优点，因此被应用于高比能兼高功率的应用场景中。但是锂铬基金属氧化物电池仍存在长时间贮存后或大倍率放电条件下电压滞后的问题，进而造成用电设备断电或受到损害。此外，锂铬金属氧化物电池在大倍率放电时，尤其是在密闭环境且无散热条件的场景中，电池温升较高，存在热失控的风险。

2、目前，铬基金属氧化物材料的关注较少，专利公开号cn112968176b通过将铬基金属氧化物材料与碳纳米管复合，经过烧结使碳纳米管包覆在铬基金属氧化物上，从而提高材料倍率性能，但该种方法通过过多添加非活性添加剂会降低电池的容量，造成电池比能量的降低，同时无法真正有效地解决电池的产热问题。这也制约了锂铬基金属氧化物电池在更多领域中的应用。

技术实现思路

1、本发明为解决背景技术中存在的技术问题而提供一种具有高功率特性的复合正极及其制备方法与应用，能有效提高正极电导率，在降低电池产热，消除电压滞后的同时，不降低活性材料的放电容量，从而真正实现电池倍率性能的提升。

2、本发明是这样实现的，一种具有高功率特性的复合正极制备方法，将铬基金属氧化物与钒氧化物、导电剂、粘结剂以一定比例在溶剂中进行混合，通过球磨法或高剪切分散法进行分散,涂附于铝箔上，并经过烘干，使钒氧化物均匀分布于铬基金属氧化物纳米颗粒之间制得复合正极；

3、所述铬基金属氧化物为cr8o21，钒氧化物为v2o5或v2o3，铬基金属氧化物与钒氧化物的质量比为10：(0.2～5)。

4、所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、纳米碳纤维(vgcf)、碳纳米管(cnts)、和石墨烯中的一种或两种，使用量为铬基金属氧化物与钒氧化物质量之和的1％～15％。

5、所述粘结剂为pvdf，使用量为铬基金属氧化物与钒氧化物质量之和的2％～15％。

6、所述溶剂为nmp或dmac，铬基金属氧化物与钒氧化物、导电剂、粘结剂以固含量40％～70％在溶剂中进行混合。

7、所述球磨法中转速为150～500r/min，时间为2～8h。

8、所述高剪切分散法中，采用行星式匀浆机，分散盘线速度为15～22m/s，时间为4～8h。

9、所述涂附的过程，控制极片面密度20～40mg/cm2；烘干过程，温度为80～140℃，真空度为0～100kpa，时间为12～72h。

10、如上述的制备方法制得的具有高功率特性的复合正极。

11、一种锂原电池的正极，采用上述具有高功率特性的复合正极。

12、一种锂原电池，采用上述具有高功率特性的复合正极。

13、本发明具有的优点和积极效果是：

14、1、由于铬基金属氧化物材料在放电初期为嵌入反应机理，受到锂离子嵌入速率的影响，可能导致电池电压滞后。通过添加活性添加剂钒氧化物，在电池放电初始阶段，由钒氧化物率先放电，而后铬基金属氧化物逐渐参与放电反应过程，进而消除了电压滞后。

15、2、在放电反应中后期，v2o5作为层状活性材料仍能为锂离子提供快速嵌入通道，提升电极整体倍率性能。

16、3、v2o5具有较好的反应活性，在锂原电池体系中，具有较好的放电容量，同时其倍率性能极佳，在不损失电池放电容量的同时，提升电池的倍率性能。

技术特征：

1.一种具有高功率特性的复合正极制备方法，其特征在于，将铬基金属氧化物与钒氧化物、导电剂、粘结剂以一定比例在溶剂中进行混合，通过球磨法或高剪切分散法进行分散,涂附于铝箔上，并经过烘干，使钒氧化物均匀分布于铬基金属氧化物纳米颗粒之间制得复合正极；

2.根据权利要求1所述具有高功率特性的复合正极制备方法，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、纳米碳纤维(vgcf)、碳纳米管(cnts)、和石墨烯中的一种或两种，使用量为铬基金属氧化物与钒氧化物质量之和的1％～15％。

3.根据权利要求1所述具有高功率特性的复合正极制备方法，其特征在于，所述粘结剂为pvdf，使用量为铬基金属氧化物与钒氧化物质量之和的2％～15％。

4.根据权利要求1所述具有高功率特性的复合正极制备方法，其特征在于，所述溶剂为nmp或dmac，铬基金属氧化物与钒氧化物、导电剂、粘结剂以固含量40％～70％在溶剂中进行混合。

5.根据权利要求1所述具有高功率特性的复合正极制备方法，其特征在于，所述球磨法中转速为150～500r/min，时间为2～8h。

6.根据权利要求1所述具有高功率特性的复合正极制备方法，其特征在于，所述高剪切分散法中，采用行星式匀浆机，分散盘线速度为15～22m/s，时间为4～8h。

7.根据权利要求1所述具有高功率特性的复合正极制备方法，其特征在于，所述涂附的过程，控制极片面密度20～40mg/cm2；烘干过程，温度为80～140℃，真空度为0～100kpa，时间为12～72h。

8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的具有高功率特性的复合正极。

9.一种锂原电池的正极，其特征在于，采用权利要求8所述具有高功率特性的复合正极。

10.一种锂原电池，其特征在于，采用权利要求8所述具有高功率特性的复合正极。

技术总结
本发明公开了一种具有高功率特性的复合正极及其制备方法与应用，属于化学电源技术领域，将铬基金属氧化物与钒氧化物、导电剂、粘结剂以一定比例在溶剂中进行混合，通过球磨法或高剪切分散法进行分散,涂附于铝箔上，并经过烘干，使钒氧化物均匀分布于铬基金属氧化物纳米颗粒之间制得复合正极；能有效提高正极电导率，在降低电池产热，消除电压滞后的同时，不降低活性材料的放电容量，从而真正实现电池倍率性能的提升。

技术研发人员：刘兴江,张洋,刘浩杰,苏晓倩,王九洲,乔学荣,杨芳凝,周威
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1