[发明专利]一种锂电池正极材料及锂电池制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池的制作工艺，尤其涉及一种新型的锂电池正极材料及其包含该正极材料的锂电池制作工艺。

背景技术

清洁能源的开发和建设是全世界首要发展的重要领域之一，电池是合理有效利用这些新能源的重要媒介。锂离子电池在弱电行业已经得到了广泛的应用和发展，比如在便携式电子设备、玩具等领域。另外，随着动力锂电池的研究和开发日趋成熟，电动汽车(EV)的发展将给人们环境的改善带来革命性的变换。电动汽车制造的关键技术是电池问题，研究表明锂电池是电动汽车的首选电池，而制备锂电池的关键技术则是电池材料，尤其是锂电池的正极材料。

目前锂离子电池中使用的正极材料包括钴酸锂正极材料、镍钴酸锂正极材料、磷酸盐体系正极材料、锰酸锂正极材料和LiNi_0.5Mn_1.5O₄等。对于钴酸锂正极材料，由于钴元素在地壳中的丰度低，因而价格较高，此外，钴元素还具有一定的毒性，废弃后对环境危害较大，因此钴酸锂正极材料存在成本高、废弃后污染环境、安全性能较差等问题；镍钴酸锂容量比钴酸锂有所提高，但合成成本高，过充电时存在安全问题；磷酸盐体系材料虽然资源充足，但是往往其制备工艺复杂，制作效率低，成本大。以磷酸铁锂(LiTePO₄)为例：目前制作以磷酸铁锂为锂电池正极材料的成熟工艺大致有固相合成法和软化学合成法两类。其中固相合成法是将多种原材料按比例混合后，经过分解、研磨、烧结等多步制作工艺；而软化学合成法则需要经过凝胶、混合、洗涤、去水以及焙烧等工艺。这两种工艺都需要经过较长的制作周期才能最终形成磷酸铁锂正极材料，对于工业生产来说，成本太大。

因此，寻找一种新的锂电池正极材料，以避免现有的正极材料制作高成本、工艺复杂、环境污染大等问题，已经成为业界普遍关注的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锂电池正极材料及包含该正极材料的锂电池制作方法，该锂电池采用成本低廉、利于制作的材料为正极材料，从而解决锂电池制作工艺中成本昂贵、工艺复杂，且环境污染大等问题。

根据本发明的目的提出的一种锂电池正极材料，其正极材料采用无水硫酸铁。

根据本发明的另一目的提出的包含上述正极材料的锂电池制备方法，包括步骤：

1)制备无水硫酸铁；

2)以上述无水硫酸铁为正极，以金属锂为负极，以1Mol/L的LiPF₆/EC+DMC为电解液，组装成扣式电池。

优选的，所述制备无水硫酸铁包括步骤：以三氧化二铁为原材料，按照摩尔比配置硫酸溶液，将三氧化二铁溶解于硫酸溶液中，在强搅拌的条件下缓慢的蒸发溶液水分，得到硫酸铁结晶体，然后将结晶体至于450度空气条件下热处理9小时，自然冷却到室温。

优选的，所述制备无水硫酸铁包括步骤：以四氧化三铁为原材料，按照摩尔比配置硫酸溶液，将四氧化三铁溶解于硫酸溶液中，在强搅拌的条件下缓慢的蒸发溶液水分，得到硫酸铁结晶体，然后将结晶体至于450度空气条件下热处理9小时，自然冷却到室温。

优选的，所述制备无水硫酸铁包括步骤：以氢氧化亚铁为原材料，按照摩尔比配置硫酸溶液，将氢氧化亚铁溶解于硫酸溶液中，在强搅拌的条件下缓慢的蒸发溶液水分，使其中的二价铁被氧化成三价铁，得到硫酸铁结晶体，然后将结晶体至于350度空气条件下热处理21小时，自然冷却到室温。

优选的，所述制备无水硫酸铁包括步骤：以三氧化二铁为原材料，按照摩尔比配置硫酸溶液，首先将三氧化二铁溶解于硫酸溶液中，然后加入柠檬酸，加入的柠檬酸的质量为硫酸铁质量的50％，在强搅拌的条件下缓慢的蒸发溶液水分，得到胶状产物，然后将胶状产物至于450度氮气条件下热处理9小时，随后氧气条件下热处理3小时，自然冷却到室温。

优选的，所述制备无水硫酸铁包括步骤：以三氧化二铁为原材料，按照摩尔比配置硫酸溶液，首先将三氧化二铁溶解于硫酸溶液中，然后加入柠檬酸，加入的柠檬酸的质量为硫酸铁产量的30％，在强搅拌的条件下缓慢的蒸发溶液水分，得到胶状产物，然后将胶状产物至于400度氮气条件下热处理15小时，随后氧气条件下热处理3小时，自然冷却到室温。

优选的，所述制备无水硫酸铁包括步骤：以硫酸铁为原材料，首先将其与乙炔黑充分混合，然后至于400度氮气条件下热处理9小时，随后氧气条件下热处理3小时，自然冷却到室温。

作为锂离子电池正极使用时，硫酸铁的优势在于：

1：价格低，原材料丰富。硫酸铁中所有组成元素都是地球上含量丰富的元素，这一点使其价格很低。