CN109148821B - 一种高容量锂原电池复合正极制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是一种先进电池材料制备方法，具体是一种高容量锂原电池复合正极材料制备方法，属于储能领域。本发明的一种高容量锂原电池复合正极材料制备方法，采用高比容量活性材料硫与传统活性材料二氧化锰设计二次球磨导电改性的新型制备方法，显著提高正极材料在‑40—90℃宽温度范围内放电容量。本发明的一种高容量锂原电池复合正极材料制备方法，采用BET比表面积大于500m2/g的导电剂，显著提高材料对电解液的吸液、保液能力。本发明的一种高容量锂原电池复合正极材料制备方法，采用不同BET比表面积的一种或多种导电剂对活性材料进行改性，在复合正极材料中构建多级导电结构，显著提高材料导电性，材料在‑40—90℃宽温度范围内可以持续或脉冲大电流放电。

Description

一种高容量锂原电池复合正极制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种先进电池材料制备方法，具体是一种高容量锂原电池复合正极材料制备方法，属于储能领域。
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、高环境适应性的方向发展。锂原电池由于具有优异的综合放电性能，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。然而，传统正极材料所采用的简单一次球磨或一次性机械混料等制备方法无法实现导电剂对正极材料有效包覆或改性，而且传统正极材料所采用的二氧化锰等活性材料的本征质量比容量较低，导致传统正极导电性差，质量比容量较低，严重限制了电池的容量性能、大电流放电能力和材料的活性容量利用率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有商用锂原电池正极材料实际比容量低、大电流放电性能差、宽温放电容量低的缺陷，提供一种高容量锂原电池复合正极材料制备方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
步骤一：将二氧化锰与导电剂按质量比1：0.005～0.02加入球磨罐中，其中导电剂的BET比表面积不小于500m2/g，干法球磨2～4h，制备出导电剂包覆二氧化锰复合材料；
步骤二：将单质硫粉与导电剂按质量比1：0.1～1加入球磨罐中，其中导电剂的BET比表面积为1200m2/g，干法球磨3～6h。然后将上述材料在氩气气氛环境，150～160℃下保温10～14h后保持氩气环境降温至室温。然后对上述材料进行研磨、过筛，制备得到导电剂负载硫复合材料；
步骤三：将导电剂包覆二氧化锰复合材料、导电剂负载硫复合材料与石墨、聚四氟乙烯按质量比1：0.03～0.4：0.06～0.08：0.015～0.05加入混料罐内混合均匀，得到一种高容量锂原电池复合正极材料。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1.本发明的一种高容量锂原电池复合正极材料制备方法，采用高比容量活性材料硫与传统活性材料二氧化锰设计二次球磨导电改性的新型制备方法，显著提高正极材料在-40—90℃宽温度范围内放电容量。
2.本发明所制备的复合正极材料不同组分二氧化锰与硫之间具有良好的离子传输相容性，因此材料放电电压平稳，放电平台清晰。
3.本发明的一种高容量锂原电池复合正极材料制备方法，采用BET比表面积大于500m2/g的导电剂，显著提高材料对电解液的吸液、保液能力。
4.本发明的一种高容量锂原电池复合正极材料制备方法，采用不同BET比表面积的一种或多种导电剂对活性材料进行改性，在复合正极材料中构建多级导电结构，显著提高材料导电性，材料在-40—90℃宽温度范围内可以持续或脉冲大电流放电。
本发明设计开发出的新型二氧化锰/硫/碳复合正极材料制备方法，可显著提升正极材料的质量比容量，活性材料利用率和大电流放电性能，对提高锂原电池的能量和功率性能具有重要意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1：
步骤一：将二氧化锰与科琴黑按质量比1：0.02加入球磨罐中，其中科琴黑的BET比表面积为550m2/g，干法球磨3h，制备出导电剂包覆二氧化锰复合材料；
步骤二：将单质硫粉与石墨烯质量比1：0.3加入球磨罐中，其中石墨烯的BET比表面积为1000m2/g，干法球磨5h。然后将上述材料在氩气气氛环境，温度155℃保温12h，保持氩气环境降温至室温。然后对上述材料进行研磨、过200目筛，制备得到导电剂负载硫复合材料；
步骤三：将导电剂包覆二氧化锰复合材料、导电剂负载硫复合材料与石墨、聚四氟乙烯按质量比1：0.35：0.065：0.025加入混料罐内混合均匀，得到一种高容量锂原电池复合正极材料。
实施例2：
步骤一：将二氧化锰与导电剂按质量比1：0.01加入球磨罐中，其中导电剂质量比组成为超级导电碳黑：科琴黑＝0.2：1，导电剂BET比表面积为520m2/g，干法球磨4h，制备出导电剂包覆二氧化锰复合材料；
步骤二：将单质硫粉与导电剂质量比1：0.1加入球磨罐中，其中导电剂质量比组成为石墨烯：碳纳米管＝0.5：1，导电剂的BET比表面积为1100m2/g，干法球磨6h。然后将上述材料在氩气气氛环境，温度150℃保温11h，保持氩气环境降温至室温。然后对上述材料进行研磨、过200目筛，制备得到导电剂负载硫复合材料；
步骤三：将导电剂包覆二氧化锰复合材料、导电剂负载硫复合材料与石墨、聚四氟乙烯按质量比1：0.4：0.07：0.03加入混料罐内混合均匀，得到一种高容量锂原电池复合正极材料。
实施例3：
步骤一：将二氧化锰与碳纳米管按质量比1：0.015加入球磨罐中，碳纳米管的BET比表面积为700m2/g，干法球磨2h，制备出导电剂包覆二氧化锰复合材料；
步骤二：将单质硫粉与导电剂质量比1：0.4加入球磨罐中，其中导电剂质量比组成为石墨烯：碳纳米管＝0.7：1，导电剂的BET比表面积为1200m2/g，干法球磨6h。然后将上述材料在氩气气氛环境，温度160℃保温14h，保持氩气环境降温至室温。然后对上述材料进行研磨、过300目筛，制备得到导电剂负载硫复合材料；
步骤三：将导电剂包覆二氧化锰复合材料、导电剂负载硫复合材料与石墨、聚四氟乙烯按质量比1：0.1：0.06：0.02加入混料罐内混合均匀，得到一种高容量锂原电池复合正极材料。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种高容量锂原电池复合正极材料的制备方法，其特征在于：该制备方法步骤如下：
步骤一：将二氧化锰与导电剂按质量比1：0.005～0.02加入球磨罐中，其中导电剂的BET比表面积不小于500m2/g，干法球磨2～4h，制备出导电剂包覆二氧化锰复合材料；
步骤二：将单质硫粉与导电剂按质量比1：0.1～1加入球磨罐中，其中导电剂的BET比表面积为1000m2/g～1200m2/g，干法球磨3～6h；然后将上述材料在氩气气氛环境，温度150～160℃保温10～14h，保持氩气环境降温至室温，然后对上述材料进行研磨、过200～300目筛，制备得到导电剂负载硫复合材料；
步骤三：将导电剂包覆二氧化锰复合材料、导电剂负载硫复合材料、石墨与聚四氟乙烯按质量比1：0.03～0.4：0.06～0.08：0.015～0.05加入混料罐内混合均匀，得到一种高容量锂原电池复合正极材料。
2.根据权利要求1所述一种高容量锂原电池复合正极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一导电剂是超级导电碳黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种，导电剂的BET比表面积不小于500m2/g。
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