[发明专利]一种含卤素的纳米纤维素基硫酸盐复合正极材料在锂离子电池中的应用

说明书

本发明涉及一种含卤素的纳米纤维素基硫酸盐复合正极材料在锂离子电池中的应用。本发明引入电负性高的卤素如F、Cl等，改变过渡金属周围的电子环境，调节其电子电导率。同时高电负性的卤素离子增强硫酸根基团的诱导效应使阳离子表现出更强的粒子性，从而可进一步提高其工作电压。本发明中的复合正极材料作为锂离子电池正极材料用，具有较低的成本，较高的放电比容量和工作电压。

技术领域

本发明涉及一种含卤素的纳米纤维素基硫酸盐复合正极材料在锂离子电池中的应用，属于化学电源材料和锂离子电池领域。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、自放电系数小、无记忆效应、安全性能好和环境友好等优点，在电动汽车和混合动力汽车电源等领域展现出广阔的应用前景。锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液四大部分组成。其中，正极材料是组分中成本最高的，同时也是限制锂离子电池性能进一步提高的关键因素。目前商业化的锂离子电池正极材料体系大致分为两大类：一是过渡金属氧化物，如层状结构的LiCoO₂和三元材料Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂；另一类是聚阴离子型正极材料，如橄榄石结构的LiMPO₄(M＝Fe、Mn、Co、Ni)。层状氧化物正极材料的代表LiCoO₂工作电压高而且循环稳定性好，但是由于Co元素昂贵且有毒限制了其进一步发展；聚阴离子正极材料以橄榄石型LiFePO₄为代表，具有低成本和较好的循环稳定性，但是其合成条件苛刻，导电性差导致其倍率性能较差。因此，探索开发新型正极材料具有较大的研究意义、

硫酸盐及其衍生物由于低成本、环境友好的特点引起了研究人员的注意，由于S的电负性比P强，诱导效应促使SO₄^2-基团会产生比PO₄^2-基团更高的工作电压，因此硫酸盐具有高电压优势，这将有利于正极材料能量密度的提高。但是，LiMSO₄作为一种聚阴离子盐，同样具有聚阴离子盐电导率低的缺点。因此，如何提高其电子电导率成为研究的关键。

发明内容

为解决LiMSO₄的电子电导率低的问题，本发明合成了一种含卤素的纳米纤维素硫酸盐正极材料纳米纤维素基LiMSO₄X，并将其应用到锂离子电池领域，探究其在锂离子电池中的应用性能。本发明中的复合正极材料作为锂离子电池正极材料用，具有较低的成本，较高的放电比容量和工作电压。

本发明的技术方案如下：

一种含卤素的纳米纤维素基硫酸盐复合正极材料在锂离子电池中的应用。

基于以上技术方案，所述复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在150-250℃的温度下，将FeSO₄·7H₂O脱水，得到FeSO₄·H₂O；

(2)将含卤素的锂化物LiX(X＝F或Cl)与步骤(1)所得的FeSO₄·H₂O放入高压反应釜中，在200-400℃的烘箱中反应3-5h，冷却后回收深色粉末，多次洗涤除去杂质，干燥，得到LiFeSO₄X(X＝F或Cl)；

(3)将适量纳米纤维素与步骤(2)所得的LiFeSO₄X采用机械球磨或者超声的方式进行物理混合，在氮气或氩气氛围中，700-900℃条件下煅烧4-10h，最终获得含卤素的纳米纤维素基纳米纤维素基硫酸盐(LiMSO₄X)复合正极材料粉末。

基于以上技术方案，优选的，步骤(1)中，FeSO₄·7H₂O脱水的时间为1-5h。