[發明專利]一種高電位大功率型熱電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910205114.2
• 申請日: 2019-03-18
• 公開（公告）號: CN109841821B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 郭灝;唐立成;郭勝楠;王京亮;占志強;陳維兵;王建勇;陳鋌;石斌;李云偉
• 申請（專利權）人: 貴州梅嶺電源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M6/36;H01M6/18
• 代理公司: 貴州派騰知識產權代理有限公司 52114
• 代理人: 谷慶紅

1.一種高電位大功率型熱電池正極材料，其特征在于：按照重量百分比由以下原料制備而成：復合高電位活性正極材料50％～95％、高離子導電率電解質4％～49.5％、高導電率電子導電劑0.5％～20％；所述復合高電位活性正極材料按照重量百分比由5～95％的FeF₃和5～95％的FeF₂共同組成，其制備方法為原位合成法或直接混合法；所述高離子導電率電解質為LiF-NaF-LiCl或LiF-KF-LiCl共晶熔鹽。

2.根據權利要求1所述的一種高電位大功率型熱電池正極材料，其特征在于，采用所述原位合成法制備復合高電位活性正極材料具體包括以下步驟：

(1)氟化：以Fe₂O₃為原料，將其置于高壓反應釜中與HF溶液在常溫下混合，靜置，加熱保溫，生成FeF₃，用蒸餾水洗掉FeF₃中殘留的HF，再在200～300℃溫度下干燥1.5～4h，得到FeF₃；

(2)還原：將步驟(1)的FeF₃置于氫氣還原爐中，通入氫氣或氫氣與氬氣的混合氣，加熱至200℃～500℃進行保溫反應1h～3h，使FeF₃中的部分F元素與氫氣反應，生成HF，從而使FeF₃晶體表面生成FeF₂晶體結構以桿狀形式或多孔微球形式連接各FeF₃晶體，獲得復合高電位活性正極材料。

3.根據權利要求2所述的一種高電位大功率型熱電池正極材料，其特征在于：在步驟(1)，所述靜置的時間為2h～24h；所述加熱保溫是將原料加熱至溫度為80～400℃，然后保溫反應1h以上。

4.根據權利要求1所述的一種高電位大功率型熱電池正極材料，其特征在于，采用直接混合制備所述復合高電位活性正極材料的具體方法為：將FeF₃和FeF₂原材料按重量百分比送入高能球磨機中，在轉速為400～1200r/min的高能球磨機中球磨0.5～5min制得。

5.根據權利要求1所述的一種高電位大功率型熱電池正極材料，其特征在于：所述高離子導電率電解質的離子導電率在500℃下大于2.5S/cm。

6.根據權利要求1所述的一種高電位大功率型熱電池正極材料，其特征在于：所述高導電率電子導電劑為碳納米管、石墨烯、乙炔黑中的一種以上。

7.根據權利要求1所述的一種高電位大功率型熱電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

①混合：按照重量百分比稱取復合高電位活性正極材料、高離子導電率電解質以及高導電率電子導電劑，放入轉速為400r/min～1200r/min的高能球磨機中球磨0.5～5min，混合均勻，得到混合粉末；

②熔融：將步驟①中的混合粉末送入燒結爐中進行燒結，使高離子導電率電解質由固態變為液態，然后對復合高電位活性正極材料和高導電率電子導電劑進行浸潤填充，得到熔融材料；

③粉碎：待步驟②中的熔融材料冷卻凝固后，使用粉碎機進行粉碎，粉碎后過80～200目篩，得到所述高電位大功率型熱電池正極材料。

8.根據權利要求7所述的一種高電位大功率型熱電池正極材料的制備方法，其特征在于：在步驟②，所述燒結是將混合粉末置于溫度為450～600℃的燒結爐中進行燒結1～6h。

9.根據權利要求7所述的一種高電位大功率型熱電池正極材料的制備方法，其特征在于：在步驟③，所述冷卻是讓熔融材料在干燥氣體中自然冷卻，所述干燥氣體為氬氣、氮氣或空氣，所述干燥氣體的相對濕度＜3％。

10.根據權利要求7所述的一種高電位大功率型熱電池正極材料的制備方法，其特征在于：在步驟③，所述粉碎是控制粉碎機的轉速為5000～6000r/min，粉碎時間為1～3min。