[发明专利]一种连续导电液相合成C/Cu,Zn/CuF2锂电池正极材料及制备方法

摘要

一种连续导电液相合成C/Cu，Zn/CuF2复合氟化铜锂离子电池正极材料及其制备方法，该方法通过对反应原料五水合硫酸铜、氟化铵的混合方式及水的加入方式、加入速率的设计，避免了在液相反应中生成氟化铜的多种复盐等副反应产物；同时通过低温、高真空条件下的干燥过程及其后的热处理过程形成具有孔洞及空隙结构的高导电性连续碳膜；并且原位在氟化铜颗粒的表面原位还原出一定量的铜和锌，铜为电极材料在放电时提供了同质结晶核心，降低了新相形成的动力学阻碍；锌减小了放电过程中新相的晶粒度，有助于充电逆反应的进行。

主权项

一种连续导电液相合成C/Cu，Zn/CuF2复合氟化铜锂离子电池正极材料的制备方法，其特征为：将物质的量比为1∶2的五水合硫酸铜和氟化铵放入反应器中，该反应器为不锈钢材质的圆柱形容器，容器的高度与直径的比例为2‑2.5∶1，容器的体积与五水合硫酸铜与氟化铵质量之和的比例为2‑5L/Kg，当五水合硫酸铜与氟化铵质量之和小于等于1Kg时，容器的体积为2升；在容器的顶部设置5个圆形流体入口，其中心分别分布在容器圆形顶部的中心及互成90°交角的四条半径的中点，其直径为容器直径的18‑20％；五水合硫酸铜和氟化铵的混合物放入反应器后，上下振动该反应器，振动的幅度为5‑10厘米，频率为1‑3次/秒；振动10‑15秒后停止振动从容器顶部的所有流体入口以相同的流速同时送入聚乙二醇浓度为0.1‑0.3wt％的水溶液，流速为(容器的体积/5)×0.3‑(容器的体积/5)×0.5L/秒直到充满容器80％的体积；其后使用聚四氟乙烯搅拌桨以900rpm‑1200rpm的速度搅拌5‑15分钟，之后过滤，在80‑120℃的干燥箱中干燥3‑6小时后浸入饱和硝酸锌溶液中5‑15分钟并再次过滤及在80‑120℃的干燥箱中干燥3‑6小时，随后按照100mL水/20g固体的比例在干燥后的固体中重新加入水，同时加入6g丙烯酰胺/100mL水量的丙烯酰胺及1gN，N’‑亚甲基双丙烯酰胺/100mL水量的N，N’‑亚甲基双丙烯酰胺，使用聚四氟乙烯搅拌桨以1500rpm‑2000rpm的速度搅拌5‑15分钟后将其以5‑10℃/分钟的速度上升到75‑85℃并保持该温度直到成为胶冻状的凝胶；将形成的凝胶在目前市场上的成品冷冻干燥机上干燥，将凝胶放入冷冻干燥机样品盘中启动制冷机，待样品盘上凝胶温度降低到零下45‑零下50℃，开启真空泵提高真空度，待系统内气体压力降低至25‑35Pa以下，开启隔板温度控制开始脱水干燥，其他操作参数采取机器预设值，待体系内气压稳定干燥结束后，在80‑120℃的干燥箱中干燥3‑7小时后在0.1％氢气与99.9％氩气的混合气体保护下升温到400‑480℃恒温0.5‑2小时后冷却，制备得到连续导电液相合成C/Cu，Zn/CuF2复合氟化铜锂离子电池正极材料。