[发明专利]一种锂电池复合正极材料的制备方法及其在锂电池中的应用

说明书

本发明涉及本发明公开了一种锂电池复合正极材料的制备方法及其在锂电池中的应用，属于化学电源领域，该制备方法包括以下步骤：将金属硫化物、氟化碳、聚丙烯腈高分子和极性溶剂按照质量比100：1～50：0.6～50：1～200机械混合均匀，然后在200～500℃之间加热合成金属硫化物复合正极材料；所述金属硫化物复合正极材料表面包覆有聚丙烯腈导电高分子层，而且金属硫化物活性物质的质量百分比为70～99.5％，聚丙烯腈导电高分层的质量百分比为0.5～30％；本发明的金属硫化物复合正极材料解决了金属硫化物正极材料在充放电过程中活性物质利用率低和循环性能差以及首次放电电压平台低的问题。

技术领域

本发明涉及一种锂电池复合正极材料的制备方法，尤其涉及一种低温制备金属硫化物碳 复合材料的制备方法，以及其在锂电池中的应用，属于化学电源领域。

背景技术

随着电子数字技术和3C电子掌上设备的快速发展，对电池的放电容量和使用寿命提出 了更高的要求。常见的金属硫化物代表材料有多硫化钼、硫化镍、硫化锌、硫化铜、硫化亚 铁和二硫化亚铁，其中尤其是二硫化铁和硫化亚铁具有压实密度大、能量密度高、结构稳定、 价格低廉、原料丰富和环境友好等优点，是理想的电池正极材料。

目前，用作锂电池正极材料通常有二硫化亚铁、硫化亚铁、多硫化钼等金属硫化物材料， 由于金属硫化物的电子导电性差和在放电产物体积膨胀的原因，金属硫化物一般作为一次锂 电池正极材料。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是利用聚丙烯腈高分子在极性溶剂中易于形成聚丙 烯腈高分子溶液和低温加热易于形成聚丙烯腈导电高分子的特点，和通过在金属硫化物表面 包覆聚丙烯腈导电高分子薄层来提高电活性物质金属硫化物的电子导电性，并且约束金属硫 化物放电过程中的体积膨胀引起的导电通道阻断效应，解决首次放电电压平台低和实现了提 供一种具有倍率性能好循环寿命长的二次锂电池复合正极材料。该锂电池复合正极材料所组 装得到的电池具有电压平台高、放电倍率和循环性能好的优点。

本发明还提供了相应的制备方法以及该复合正极材料在锂电池中的应用。

本发明的技术方案如下：

一种锂电池复合正极材料的制备方法，其包括以下步骤：

将100质量份的金属硫化物和1～50质量份的氟化碳、0.6～50质量份的分子量范围为 10000～300000的聚丙烯腈高分子分散于1～200质量份的极性溶剂中，通过机械均质化分散于极 性溶剂中0.01～8h得到金属硫化物的混合物，在惰性气氛中于200～500℃温度范围内加热1～20h 获得金属硫化物复合正极材料。

进一步的，所述机械均质化分散为高能球磨分散、高速搅拌分散、超声波分散、喷雾分 散和气流分散中的任意一种。

进一步的，所述惰性气氛为高纯氮气和氩气中的任一种。

进一步的，所述金属硫化物为MxSy，x＝1-6，y＝1-10，M＝Fe、Co、Ni、Zn、Mn、Mo、Li、Mg、Al,例如八硫化六钼、硫化锌、硫化镍、硫化铜、硫化亚铁和二硫化亚铁中的一种 或多种,粒径分布范围在1-70μm之间。

进一步的，其中所述的极性溶剂为介电常数ε≥20的溶剂，例如二甲基亚砜、二甲基甲 酰胺、环丁砜、、乙醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮溶剂中的一种或多种。

进一步的，其中所述的一种锂电池复合正极材料的制备方法，其特征在于：其中所述的 氟化碳为CFx,x＝0.2～1,氟化碳可以是氟化石墨、氟化多壁碳纳米管、氟化单壁碳纳米管、氟 化石墨烯、氟化炭黑中的一种或多种。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：