CN106654173A - 锂‑硫化铁锂电池阴极材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂‑硫化铁锂电池阴极材料及制备方法，所述阴极材料由以下重量份的原料组成：石墨18‑20份，铂金粉0.5‑0.8份，碳化硅0.3‑0.7份，钛白粉0.3‑0.6份，氧化铁0.6‑0.9份，铝粉0.7‑1.0份，二氧化硅0.3‑0.8份，硫酸亚铁0.5‑0.8份，锌粉0.2‑0.7份。所制备阴极材料中金属元素的掺入，可有效降低材料在大倍率充放电下的电阻极化，与锂离子硫化铁电池形成很好的匹配，制得的电极材料结构稳定，循环寿命更长。

Description

锂-硫化铁锂电池阴极材料及制备方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种锂-硫化铁锂电池阴极材料及制备方法。
背景技术
以锂离子硫化铁为基础，锂离子硫化铁电池具有许多现有电池的化学物所没有的优势，这种新型电池的成本只需现有电池的一半，却比其他锂电池使用寿命长、再充电更为快速。相比于标准锂电池，这种新型电池显示了约1.6倍于标准锂电池的能量密度(这将扩展插入式供电的范围)，以及比标准锂电池高出50％的功率密度(这使得混合充放电更迅捷)。
但是现有的阴极材料结构单一，储能形式单一，不能与锂离子硫化铁电池形成很好的匹配以最大限度发挥锂离子硫化铁电池的性能，使用寿命短。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种锂-硫化铁锂电池阴极材料及制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种锂-硫化铁锂电池阴极材料，所述阴极材料由以下重量份的原料组成：
石墨18-20份，铂金粉0.5-0.8份，碳化硅0.3-0.7份，钛白粉0.3-0.6份，氧化铁0.6-0.9份，铝粉0.7-1.0份，二氧化硅0.3-0.8份，硫酸亚铁0.5-0.8份，锌粉0.2-0.7份。
所述石墨是天然鳞片墨、微晶石墨、人造石墨或中间相炭微球。
所述石墨颗粒平均粒径为25～30um。
一种锂-硫化铁锂电池阴极材料制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述原料混合均匀并加入到高速粉碎机内，在2000至3000rpm的转速下粉碎10至20分钟得到混合粉料；
(2)将混合粉料加入到低速冲击式球化粉碎机内，在1000至1500rpm的转速下整形和球形化30至50分钟，得到球形混合粉料；
(3)利用氧化剂对球形混合粉料进行纯化处理；
(4)将纯化处理后的物料制成氧化石墨水溶液，超声处理后得到不同二维尺度的氧化石墨水溶液；
(5)将步骤(4)得到的不同二维尺度的氧化石墨水溶液按比例混合，超声分散均匀后得到具有分散尺度的复合氧化石墨水溶液，然后通过还原法得到具有分散尺度的石墨水溶液，再经干燥处理后得到具有分散尺度的复合石墨；
(6)将干燥后的复合石墨在浓度0.1M至0.8M的掺杂多价态过渡金属盐溶液中浸渍36至48小时，反应温度25至50℃，然后过滤、脱水烘干；
(7)将上述处理后的复合石墨与10～30％的有机物混合包覆形成包覆石墨；
(8)将包覆石墨进行碳化处理或石墨化处理，在保护气氛中加热450至600℃，保温3至5小时，然后降至室温。
所述步骤(3)中纯化处理采用的氧化剂是双氧水、过氧乙酸、二氧化氯、氯气、氢氧化钠、浓硫酸、硝酸、浓盐酸、高氯酸、其中任意两种或三种氧化剂的混合物。
所述步骤(6)中掺杂多价态过渡金属元素为Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn，盐溶液采用硝酸盐，碳酸盐，硫酸盐、盐酸盐或含有掺杂元素的络盐溶液。
所述步骤(7)中的有机物混合包覆采用的包覆材料为水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡胶乳SBR、羧甲基纤维素CMC、有机溶剂系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。
本发明的有益效果为：所制备的阴极材料中金属元素的掺入，可有效降低材料在大倍率充放电下的电阻极化，与锂离子硫化铁电池形成很好的匹配，制得的电极材料结构稳定，循环寿命更长。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种锂-硫化铁锂电池阴极材料，所述阴极材料由以下重量份的原料组成。
石墨18份，铂金粉0.5份，碳化硅0.3份，钛白粉0.3份，氧化铁0.6份，铝粉0.7份，二氧化硅0.3份，硫酸亚铁0.5份，锌粉0.2份。
实施例2
一种锂-硫化铁锂电池阴极材料，所述阴极材料由以下重量份的原料组成。
石墨19份，铂金粉0.6份，碳化硅0.5份，钛白粉0.4份，氧化铁0.8份，铝粉0.8份，二氧化硅0.6份，硫酸亚铁0.7份，锌粉0.5份。
实施例3
一种锂-硫化铁锂电池阴极材料，所述阴极材料由以下重量份的原料组成。
石墨20份，铂金粉0.8份，碳化硅0.7份，钛白粉0.6份，氧化铁0.9份，铝粉1.0份，二氧化硅0.8份，硫酸亚铁0.8份，锌粉0.7份。
所述石墨是天然鳞片墨、微晶石墨、人造石墨或中间相炭微球。
所述石墨颗粒平均粒径为25～30um。
一种锂-硫化铁锂电池阴极材料制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述原料混合均匀并加入到高速粉碎机内，在2000至3000rpm的转速下粉碎10至20分钟得到混合粉料；
(2)将混合粉料加入到低速冲击式球化粉碎机内，在1000至1500rpm的转速下整形和球形化30至50分钟，得到球形混合粉料；
(3)利用氧化剂对球形混合粉料进行纯化处理；
(4)将纯化处理后的物料制成氧化石墨水溶液，超声处理后得到不同二维尺度的氧化石墨水溶液；
(5)将步骤(4)得到的不同二维尺度的氧化石墨水溶液按比例混合，超声分散均匀后得到具有分散尺度的复合氧化石墨水溶液，然后通过还原法得到具有分散尺度的石墨水溶液，再经干燥处理后得到具有分散尺度的复合石墨；
(6)将干燥后的复合石墨在浓度0.1M至0.8M的掺杂多价态过渡金属盐溶液中浸渍36至48小时，反应温度25至50℃，然后过滤、脱水烘干；
(7)将上述处理后的复合石墨与10～30％的有机物混合包覆形成包覆石墨；
(8)将包覆石墨进行碳化处理或石墨化处理，在保护气氛中加热450至600℃，保温3至5小时，然后降至室温。
所述步骤(3)中纯化处理采用的氧化剂是双氧水、过氧乙酸、二氧化氯、氯气、氢氧化钠、浓硫酸、硝酸、浓盐酸、高氯酸、其中任意两种或三种氧化剂的混合物。
所述步骤(6)中掺杂多价态过渡金属元素为Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn，盐溶液采用硝酸盐，碳酸盐，硫酸盐、盐酸盐或含有掺杂元素的络盐溶液。
所述步骤(7)中的有机物混合包覆采用的包覆材料为水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡胶乳SBR、羧甲基纤维素CMC、有机溶剂系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种锂-硫化铁锂电池阴极材料，其特征在于，所述阴极材料由以下重量份的原料组成：
石墨18-20份，铂金粉0.5-0.8份，碳化硅0.3-0.7份，钛白粉0.3-0.6份，氧化铁0.6-0.9份，铝粉0.7-1.0份，二氧化硅0.3-0.8份，硫酸亚铁0.5-0.8份，锌粉0.2-0.7份。
2.如权利要求1所述的锂-硫化铁锂电池阴极材料，其特征在于，所述石墨是天然鳞片墨、微晶石墨、人造石墨或中间相炭微球。
3.如权利要求1或2所述的锂-硫化铁锂电池阴极材料，其特征在于，所述石墨颗粒平均粒径为25～30um。
4.一种锂-硫化铁锂电池阴极材料制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述原料混合均匀并加入到高速粉碎机内，在2000至3000rpm的转速下粉碎10至20分钟得到混合粉料；
(2)将混合粉料加入到低速冲击式球化粉碎机内，在1000至1500rpm的转速下整形和球形化30至50分钟，得到球形混合粉料；
(3)利用氧化剂对球形混合粉料进行纯化处理；
(4)将纯化处理后的物料制成氧化石墨水溶液，超声处理后得到不同二维尺度的氧化石墨水溶液；
(5)将步骤(4)得到的不同二维尺度的氧化石墨水溶液按比例混合，超声分散均匀后得到具有分散尺度的复合氧化石墨水溶液，然后通过还原法得到具有分散尺度的石墨水溶液，再经干燥处理后得到具有分散尺度的复合石墨；
(6)将干燥后的复合石墨在浓度0.1M至0.8M的掺杂多价态过渡金属盐溶液中浸渍36至48小时，反应温度25至50℃，然后过滤、脱水烘干；
(7)将上述处理后的复合石墨与10～30％的有机物混合包覆形成包覆石墨；
(8)将包覆石墨进行碳化处理或石墨化处理，在保护气氛中加热450至600℃，保温3至5小时，然后降至室温。
5.如权利要求4所述的锂-硫化铁锂电池阴极材料制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中纯化处理采用的氧化剂是双氧水、过氧乙酸、二氧化氯、氯气、氢氧化钠、浓硫酸、硝酸、浓盐酸、高氯酸、其中任意两种或三种氧化剂的混合物。
6.如权利要求4所述的锂-硫化铁锂电池阴极材料制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中掺杂多价态过渡金属元素为Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn，盐溶液采用硝酸盐，碳酸盐，硫酸盐、盐酸盐或含有掺杂元素的络盐溶液。
7.如权利要求4所述的锂-硫化铁锂电池阴极材料制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中的有机物混合包覆采用的包覆材料为水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡胶乳SBR、羧甲基纤维素CMC、有机溶剂系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。
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