[發明專利]一種雙結構共晶碳包覆正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810562815.7
• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108682825B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 宋英杰;徐寧;伏萍萍;馬倩倩
• 申請（專利權）人: 天津巴莫科技有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/054
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種雙結構共晶碳包覆正極材料及其制備方法，首先通過砂磨、噴霧干燥以及焙燒處理等工藝手段，利用二次造粒控制技術以及高溫固相控制結晶反應，得到了一次粒子亞微米化，二次顆粒微米化球形化層狀TiS₂和尖晶石Ti₂S₄共晶的復合材料；然后利用有機碳源的高溫原位分解在共晶復合材料表面包覆了一層導電碳黑。本發明制備的材料比容量高，結構穩定性好，循環性能優異，采用了一次粒子亞微米化，二次顆粒微米化球形結構設計，不僅提高了復合材料的加工性能，而且可以僅在二次顆粒表層包碳，有效降低了碳的包覆量。

技術領域

本發明涉及電池正極材料領域，尤其涉及一種雙結構共晶碳包覆正極材料及其制備方法。

背景技術

在過去十年內，鋰離子電池在3C、儲能以及電動汽車等領域一直占據統治地位，但在大倍率充放電過程中由于電極極化，在負極容易有鋰枝晶產生且金屬鋰的熔點較低，制約了鋰離子電池的發展。

鎂電池同鋰離子電池相比具有如下優勢：1.鎂金屬不存在枝晶的問題，熔點高達約650攝氏度，因而更為安全；2.鎂具有兩個可轉移的電子和更高的密度，其體積能量密度大于鋰離子電池；3.儲量豐富，價格低廉。因此，鎂電池具有光明的應用前景，國內很多公司和研究機構近年來都投入了一定的精力對其進行研究。但同一價的鋰離子相比，二價鎂離子的嵌/脫難度較大，因此合適正極材料的開發也是目前鎂電池發展的瓶頸。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種雙結構共晶碳包覆正極材料及其制備方法，本專利采用了TiS₂和Ti₂S₄的復合材料作為主體材料，外面包覆碳作為電池正極材料，TiS₂為層狀結構，Ti₂S₄為尖晶石結構。層狀結構的TiS₂具有較高的比容量；尖晶石結構的Ti₂S₄具有三維鎂離子通道倍率性能優良；碳包覆不僅提高了復合材料的導電性，而且抑制了復合材料與電解液的副反應，保持了其結構穩定性，提高了其循環性能。

本發明的技術方案如下：

一種硫化物復合物，其分子式為xTiS₂·(1-x)Ti₂S₄，x＝0.3～0.7，由層狀結構的TiS₂和尖晶石結構的Ti₂S₄構成。

一種硫化物復合物的制備方法，包括如下步驟：

1)按分子式xTiS₂·(1-x)Ti₂S₄稱取摩爾計量比的層狀結構TiS₂和尖晶石結構Ti₂S₄；按分散劑質量/(TiS₂質量+Ti₂S₄質量)＝(5～9):1稱取分散劑；將TiS₂、Ti₂S₄和分散劑加入砂磨機中進行砂磨，得到漿料I，漿料I粒度D₅₀≤0.1μm；

2)將漿料I在惰性氣氛下噴霧干燥，噴霧干燥溫度為150～180℃，得到物料Ⅱ，物料Ⅱ為球形結構，粒度D₅₀＝4～9μm；

3)將物料Ⅱ在惰性氣氛密閉容器中進行焙燒，焙燒溫度為500～700℃，焙燒時間為4～8h，即得硫化物復合物產物。

一種雙結構共晶碳包覆正極材料，包括主體材料和包覆材料，主體材料分子式為xTiS₂·(1-x)Ti₂S₄，x＝0.3～0.7，包覆材料為碳材料。

一種雙結構共晶碳包覆正極材料的制備方法，包括如下步驟：