[發明專利]鋰?硫化鐵鋰電池陰極材料及制備方法

在審

• 申請號: 201611206665.3
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106654173A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 鄧衍虎;楊叢利;鄧威
• 申請（專利權）人: 安徽國威電動車制造有限公司
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M4/1397;H01M4/58
• 代理公司: 安徽信拓律師事務所34117
• 代理人: 吳奇

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料及制備方法。

背景技術

以鋰離子硫化鐵為基礎，鋰離子硫化鐵電池具有許多現有電池的化學物所沒有的優勢，這種新型電池的成本只需現有電池的一半，卻比其他鋰電池使用壽命長、再充電更為快速。相比于標準鋰電池，這種新型電池顯示了約1.6倍于標準鋰電池的能量密度(這將擴展插入式供電的范圍)，以及比標準鋰電池高出50％的功率密度(這使得混合充放電更迅捷)。

但是現有的陰極材料結構單一，儲能形式單一，不能與鋰離子硫化鐵電池形成很好的匹配以最大限度發揮鋰離子硫化鐵電池的性能，使用壽命短。

發明內容

本發明為解決上述問題，提供一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料及制備方法。

本發明所要解決的技術問題采用以下的技術方案來實現：

一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料，所述陰極材料由以下重量份的原料組成：

石墨18-20份，鉑金粉0.5-0.8份，碳化硅0.3-0.7份，鈦白粉0.3-0.6份，氧化鐵0.6-0.9份，鋁粉0.7-1.0份，二氧化硅0.3-0.8份，硫酸亞鐵0.5-0.8份，鋅粉0.2-0.7份。

所述石墨是天然鱗片墨、微晶石墨、人造石墨或中間相炭微球。

所述石墨顆粒平均粒徑為25～30um。

一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料制備方法，包括以下步驟：

(1)將上述原料混合均勻并加入到高速粉碎機內，在2000至3000rpm的轉速下粉碎10至20分鐘得到混合粉料；

(2)將混合粉料加入到低速沖擊式球化粉碎機內，在1000至1500rpm的轉速下整形和球形化30至50分鐘，得到球形混合粉料；

(3)利用氧化劑對球形混合粉料進行純化處理；

(4)將純化處理后的物料制成氧化石墨水溶液，超聲處理后得到不同二維尺度的氧化石墨水溶液；

(5)將步驟(4)得到的不同二維尺度的氧化石墨水溶液按比例混合，超聲分散均勻后得到具有分散尺度的復合氧化石墨水溶液，然后通過還原法得到具有分散尺度的石墨水溶液，再經干燥處理后得到具有分散尺度的復合石墨；

(6)將干燥后的復合石墨在濃度0.1M至0.8M的摻雜多價態過渡金屬鹽溶液中浸漬36至48小時，反應溫度25至50℃，然后過濾、脫水烘干；

(7)將上述處理后的復合石墨與10～30％的有機物混合包覆形成包覆石墨；

(8)將包覆石墨進行碳化處理或石墨化處理，在保護氣氛中加熱450至600℃，保溫3至5小時，然后降至室溫。

所述步驟(3)中純化處理采用的氧化劑是雙氧水、過氧乙酸、二氧化氯、氯氣、氫氧化鈉、濃硫酸、硝酸、濃鹽酸、高氯酸、其中任意兩種或三種氧化劑的混合物。

所述步驟(6)中摻雜多價態過渡金屬元素為Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn，鹽溶液采用硝酸鹽，碳酸鹽，硫酸鹽、鹽酸鹽或含有摻雜元素的絡鹽溶液。

所述步驟(7)中的有機物混合包覆采用的包覆材料為水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡膠乳SBR、羧甲基纖維素CMC、有機溶劑系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。

本發明的有益效果為：所制備的陰極材料中金屬元素的摻入，可有效降低材料在大倍率充放電下的電阻極化，與鋰離子硫化鐵電池形成很好的匹配，制得的電極材料結構穩定，循環壽命更長。

具體實施方式：

為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合實施例，進一步闡述本發明。

實施例1

一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料，所述陰極材料由以下重量份的原料組成。

石墨18份，鉑金粉0.5份，碳化硅0.3份，鈦白粉0.3份，氧化鐵0.6份，鋁粉0.7份，二氧化硅0.3份，硫酸亞鐵0.5份，鋅粉0.2份。

實施例2

一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料，所述陰極材料由以下重量份的原料組成。

石墨19份，鉑金粉0.6份，碳化硅0.5份，鈦白粉0.4份，氧化鐵0.8份，鋁粉0.8份，二氧化硅0.6份，硫酸亞鐵0.7份，鋅粉0.5份。

實施例3

一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料，所述陰極材料由以下重量份的原料組成。

石墨20份，鉑金粉0.8份，碳化硅0.7份，鈦白粉0.6份，氧化鐵0.9份，鋁粉1.0份，二氧化硅0.8份，硫酸亞鐵0.8份，鋅粉0.7份。