[发明专利]一种含锂化硫化聚丙烯腈的铬氧化物锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

一种含锂化硫化聚丙烯腈的铬氧化物锂离子电池正极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明针对传统铬氧化物正极的电极反应动力学缓慢、首次库伦效率和比容量低等问题，所述方法为：铬氧化物制备；硫化聚丙烯腈制备；锂化硫化聚丙烯腈制备；将制备的锂化硫化聚丙烯腈和铬氧化物混合，200rpm球磨1小时，得到含锂化硫化聚丙烯腈的铬氧化物正极。本发明制备的含锂化硫化聚丙烯腈的铬氧化物锂离子电池正极材料，颗粒均匀，具有显著提升首次库伦效率、可逆电比容量和导电性的优点；该含锂化硫化聚丙烯腈，可用于其它电极材料改性，有机碳骨架具有较高的导电性、补锂容量和电化学反应电压平台，可推广到其它电极材料体系。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种含锂化硫化聚丙烯腈的铬氧化物锂离子电池正极材料的制备方法。

背景技术

随着便携式电子设备和3C数码产品的不断升级换代以及新能源汽车的快速发展，对于高比能、高安全性、高稳定性、低成本的电池的需求持续增长。目前，高镍氧化物层状正极材料，例如LiNi_0.8Co_0.1Ni_0.1O₂和LiNi_0.8Co_0.15Ni_0.05O₂等，具有较高的可逆比容量，但其放电比容量一般仍低于230mAh g^-1，难于达到单体电池能量密度～300-500Wh/kg的要求。开发高容量的锂离子电池正极材料，是构建高能量密度储能电源的重要途径。多电子反应的铬氧化物CrO_x(Cr₈O₂₁和Cr₂O₅等)，具有较高的理论质量比容量(超过580mAh/g)，是三元高镍材料LiNi_0.8 Co_0.1Mn_0.1O₂的两倍多，而且还具有较高的工作电压(3.0V，vs Li⁺/Li)，是一种兼具高比容量和高电压的非常有前景的锂电池正极材料。然而，铬氧化物CrO_x的制备工艺不成熟，CrO_x的电化学性能(放电比容量和循环性能)受制备条件的影响非常大；其次，CrO_x作为锂电池正极材料首次不可逆容量损失很大，其充放电机理不明确。

针对铬氧化物面临的上述问题，人们主要通过调控热解温度、热解时间、升温速率等材料制备条件，改变铬氧化物的分子及晶体结构；或者，通过碳包覆等形式提升材料的导电性，抑制CrO₃容易溶于有机供体溶剂的问题。但上述方法，无法从本质上改变铬氧化物放电比容量低、电极动力学反应缓慢、首次库伦效率低等问题。实际测试中，CrO_x的放电比容量一般低于350mAh/g，电池的倍率性能和循环性能较差，特别是首次库伦效率一般低于85％，极大阻碍了该材料的商业化应用。寻求一种简单、高效的方法，提升铬氧化物的首次库伦效率、放电比容量和电极过程动力学，对高容量的铬氧化物正极的结构/机理探究及商业化应用具有重要意义。

发明内容

本发明针对传统铬氧化物正极的电极反应动力学缓慢、首次库伦效率和比容量低等问题，提供一种含锂化硫化聚丙烯腈的铬氧化物锂离子电池正极材料的制备方法，该方法得益于含锂化硫化聚丙烯腈，具有较高的导电性、补锂比容量、电化学稳定性和电解液兼容性，所制备的正极材料，具有显著提升的导电性、首次库伦效率和充放电比容量，为高比容量铬氧化物锂离子电池正极的基础研究和产业化提供支持。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种含锂化硫化聚丙烯腈的铬氧化物锂离子电池正极材料的制备方法，所述方法具体如下：

步骤一：铬氧化物制备：将三氧化铬粉末置于管式炉，在氧化气氛中高温煅烧，经研磨、过筛，水洗去除未反应的三氧化铬，得到铬氧化物；