CN108054352A - 一种高能锂电池正极材料及其制备方法 - Google Patents

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燕绍九
王楠
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Abstract

本发明是一种高能锂电池正极材料及其制备方法，该正极材料为氟化碳与单质硫的复合物，制备过程包括如下步骤：研磨粉体、制备氟化碳和单质硫复合粉体、热处理、过筛。本发明中单质硫能良好的附着分布在氟化碳材料表面及孔隙结构中形成均匀的三维复合体系，应用于锂一次电池有利于提高正极材料的质量比容量、倍率性能，明显提高电池的比能量和比功率。本发明工艺操作简单易行，适用于工程化生产，能够提供一种高能锂电池正极材料，具有很大的工业和商业价值。

Description

一种高能锂电池正极材料及其制备方法
技术领域
本发明是一种高能锂电池正极材料及其制备方法，属于储能复合材料技术领域。
背景技术
随着社会经济的发展，人们对移动电源的性能要求越来越高，各种便携式电子产品配套电源向高比能量、大功率、长贮存寿命、高安全性的方向发展。锂一次电池由于具有优异的性能，被广泛应用于传感器、照相机、心脏起搏器、飞机等多种民用及军事领域。目前常见的锂一次电池包括，锂二氧化锰电池、锂亚硫酰氯电池、锂二氧化硫电池、锂氟电池、锂铁电池等。其中，氟化碳是锂一次电池正极材料中理论比能量最高的，锂氟电池实用比能量可高达250～800Wh/kg，但是由于氟化碳材料费用高、电池低温性能及大电流工作性能不理想使锂氟电池实用性受限。
目前，锂硫电池因其具有超高的比能量密度(2600Wh/kg)、低成本、环境相容性好等优势，通常作为二次电池体系而受到了广泛的研究关注。但是，多硫化物的电迁移效应等缺陷严重制约了电池的循环稳定性。因此，硫作为一次电池正极活性材料或许在现阶段将具有更大的实际应用价值。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种高能锂电池正极材料及其制备方法，其目的在于针对现有商用锂一次电池正极材料比容量有限的缺陷，利用单质硫所具有的超高比容量和比能量性质，改性目前的氟化碳材料，使氟化碳与硫复合正极材料的比容量、电池比能量和比功率得到明显提高。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明技术方案提出了一种高能锂电池正极材料，其特征在于：该电池的正极材料的原料及重量百分比为：氟化碳55％～90％，单质硫10％～45％。
所述氟化碳为氟化碳黑、氟化鳞片石墨、氟化石油焦、氟化碳纤维、氟化中间相碳微球、氟化石墨烯中的一种或几种的混合物。
氟化碳原料的氟碳原子比为0.3～1.1。
本发明技术方案还提出了一种制备所述的高能锂电池正极材料的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、分别研磨氟化碳、单质硫原料，得到氟化碳和单质硫粉体；
步骤二、将步骤一得到的氟化碳和单质硫粉体混合，进行机械搅拌，得到均匀的混合粉体；
步骤三、将步骤二得到的混合粉体置于保护气氛中，进行155～300℃恒温、2～12小时热处理，自然冷却降至室温；
步骤四、将步骤三热处理后的混合粉体进行过筛即得到所述锂电池正极材料。
步骤一中的研磨时间超过30分钟。
所述保护气氛为氩气或氮气。
步骤四得到的锂电池正极材料的粒径为10～50μm。
本发明技术方案利用硫具有高比容量的特性，将硫作为锂一次电池正极改性材料，大幅提高正极材料的比容量，同时通过热处理工艺使硫有效地与氟化碳相结合，提高电解液对正极材料的浸润性，增大正极材料的有效反应面积和容量利用率，从而有效提升正极材料的能量密度，这对于提高锂电池的比能量和比功率具有重要意义。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1.本发明方法通过热处理方式，实现了单质硫在氟化碳材料上的均匀负载。
2.本发明方法通过在氟化碳中复合单质硫实现了正极材料对电解液亲润性的显著改善，有利于增大活性面积，降低反应电阻。
3.本发明方法将氟化碳与单质硫复合可以利用单质硫优异的容量和倍率性能，弥补氟化碳材料容量性能与倍率性能受氟含量制约的缺点。
4.本发明方法制备的高能锂电池正极材料实际比容量密度可超过1000mAh/g，材料能量密度超过2300Wh/kg。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明。
1.1实施例1：
制备本发明所述的锂电池正极材料的方法的步骤如下：
步骤一、将氟化石墨烯(氟含量>54wt％)与单质硫分别研磨30分钟制备出氟化石墨烯和单质硫粉体；
步骤二、将上述粉体4.5g单质硫与10.5g氟化石墨烯混合，机械搅拌均匀得到混合粉体；
步骤三、将步骤二得到的混合粉体密封在氩气气氛中，进行155℃恒温热处理12小时，随后自然冷却降至室温；
步骤四、将步骤三热处理后的混合粉体进行过筛即得到粒径为10～50μm的所述高能锂电池正极材料。

Claims (7)

1.一种高能锂电池正极材料，其特征在于：电池的正极材料的原料及重量百分比为：氟化碳55％～90％，单质硫10％～45％。
2.根据权利要求1所述的高能锂电池正极材料，其特征在于：所述氟化碳为氟化碳黑、氟化鳞片石墨、氟化石油焦、氟化碳纤维、氟化中间相碳微球、氟化石墨烯中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的高能锂电池正极材料，其特征在于：氟化碳原料的氟碳原子比为0.3～1.1。
4.制备权利要求1所述的高能锂电池正极材料的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、分别研磨氟化碳、单质硫原料，得到氟化碳和单质硫粉体；
步骤二、将步骤一得到的氟化碳和单质硫粉体混合，进行机械搅拌，得到均匀的混合粉体；
步骤三、将步骤二得到的混合粉体置于保护气氛中，进行155～300℃恒温、2～12小时热处理，自然冷却降至室温；
步骤四、将步骤三热处理后的混合粉体进行过筛即得到所述锂电池正极材料。
5.根据权利要求4所述的制备高能锂电池正极材料的方法，其特征在于：步骤一中的研磨时间超过30分钟。
6.根据权利要求4所述的制备高能锂电池正极材料的方法，其特征在于：所述保护气氛为氩气或氮气。
7.根据权利要求4所述的制备高能锂电池正极材料的方法，其特征在于：步骤四得到的锂电池正极材料的粒径为10～50μm。
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