鋰‑硫化鐵鋰電池陰極材料及製備方法與流程
2023-07-19 16:00:01 1
本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料及製備方法。
背景技術：
以鋰離子硫化鐵為基礎，鋰離子硫化鐵電池具有許多現有電池的化學物所沒有的優勢，這種新型電池的成本只需現有電池的一半，卻比其他鋰電池使用壽命長、再充電更為快速。相比於標準鋰電池，這種新型電池顯示了約1.6倍於標準鋰電池的能量密度(這將擴展插入式供電的範圍)，以及比標準鋰電池高出50％的功率密度(這使得混合充放電更迅捷)。
但是現有的陰極材料結構單一，儲能形式單一，不能與鋰離子硫化鐵電池形成很好的匹配以最大限度發揮鋰離子硫化鐵電池的性能，使用壽命短。
技術實現要素：
本發明為解決上述問題，提供一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料及製備方法。
本發明所要解決的技術問題採用以下的技術方案來實現：
一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料，所述陰極材料由以下重量份的原料組成：
石墨18-20份，鉑金粉0.5-0.8份，碳化矽0.3-0.7份，鈦白粉0.3-0.6份，氧化鐵0.6-0.9份，鋁粉0.7-1.0份，二氧化矽0.3-0.8份，硫酸亞鐵0.5-0.8份，鋅粉0.2-0.7份。
所述石墨是天然鱗片墨、微晶石墨、人造石墨或中間相炭微球。
所述石墨顆粒平均粒徑為25～30um。
一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料製備方法，包括以下步驟：
(1)將上述原料混合均勻並加入到高速粉碎機內，在2000至3000rpm的轉速下粉碎10至20分鐘得到混合粉料；
(2)將混合粉料加入到低速衝擊式球化粉碎機內，在1000至1500rpm的轉速下整形和球形化30至50分鐘，得到球形混合粉料；
(3)利用氧化劑對球形混合粉料進行純化處理；
(4)將純化處理後的物料製成氧化石墨水溶液，超聲處理後得到不同二維尺度的氧化石墨水溶液；
(5)將步驟(4)得到的不同二維尺度的氧化石墨水溶液按比例混合，超聲分散均勻後得到具有分散尺度的複合氧化石墨水溶液，然後通過還原法得到具有分散尺度的石墨水溶液，再經乾燥處理後得到具有分散尺度的複合石墨；
(6)將乾燥後的複合石墨在濃度0.1M至0.8M的摻雜多價態過渡金屬鹽溶液中浸漬36至48小時，反應溫度25至50℃，然後過濾、脫水烘乾；
(7)將上述處理後的複合石墨與10～30％的有機物混合包覆形成包覆石墨；
(8)將包覆石墨進行碳化處理或石墨化處理，在保護氣氛中加熱450至600℃，保溫3至5小時，然後降至室溫。
所述步驟(3)中純化處理採用的氧化劑是雙氧水、過氧乙酸、二氧化氯、氯氣、氫氧化鈉、濃硫酸、硝酸、濃鹽酸、高氯酸、其中任意兩種或三種氧化劑的混合物。
所述步驟(6)中摻雜多價態過渡金屬元素為Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn，鹽溶液採用硝酸鹽，碳酸鹽，硫酸鹽、鹽酸鹽或含有摻雜元素的絡鹽溶液。
所述步驟(7)中的有機物混合包覆採用的包覆材料為水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡膠乳SBR、羧甲基纖維素CMC、有機溶劑系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。
本發明的有益效果為：所製備的陰極材料中金屬元素的摻入，可有效降低材料在大倍率充放電下的電阻極化，與鋰離子硫化鐵電池形成很好的匹配，製得的電極材料結構穩定，循環壽命更長。
具體實施方式：
為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合實施例，進一步闡述本發明。
實施例1
一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料，所述陰極材料由以下重量份的原料組成。
石墨18份，鉑金粉0.5份，碳化矽0.3份，鈦白粉0.3份，氧化鐵0.6份，鋁粉0.7份，二氧化矽0.3份，硫酸亞鐵0.5份，鋅粉0.2份。
實施例2
一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料，所述陰極材料由以下重量份的原料組成。
石墨19份，鉑金粉0.6份，碳化矽0.5份，鈦白粉0.4份，氧化鐵0.8份，鋁粉0.8份，二氧化矽0.6份，硫酸亞鐵0.7份，鋅粉0.5份。
實施例3
一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料，所述陰極材料由以下重量份的原料組成。
石墨20份，鉑金粉0.8份，碳化矽0.7份，鈦白粉0.6份，氧化鐵0.9份，鋁粉1.0份，二氧化矽0.8份，硫酸亞鐵0.8份，鋅粉0.7份。
所述石墨是天然鱗片墨、微晶石墨、人造石墨或中間相炭微球。
所述石墨顆粒平均粒徑為25～30um。
一種鋰-硫化鐵鋰電池陰極材料製備方法，包括以下步驟：
(1)將上述原料混合均勻並加入到高速粉碎機內，在2000至3000rpm的轉速下粉碎10至20分鐘得到混合粉料；
(2)將混合粉料加入到低速衝擊式球化粉碎機內，在1000至1500rpm的轉速下整形和球形化30至50分鐘，得到球形混合粉料；
(3)利用氧化劑對球形混合粉料進行純化處理；
(4)將純化處理後的物料製成氧化石墨水溶液，超聲處理後得到不同二維尺度的氧化石墨水溶液；
(5)將步驟(4)得到的不同二維尺度的氧化石墨水溶液按比例混合，超聲分散均勻後得到具有分散尺度的複合氧化石墨水溶液，然後通過還原法得到具有分散尺度的石墨水溶液，再經乾燥處理後得到具有分散尺度的複合石墨；
(6)將乾燥後的複合石墨在濃度0.1M至0.8M的摻雜多價態過渡金屬鹽溶液中浸漬36至48小時，反應溫度25至50℃，然後過濾、脫水烘乾；
(7)將上述處理後的複合石墨與10～30％的有機物混合包覆形成包覆石墨；
(8)將包覆石墨進行碳化處理或石墨化處理，在保護氣氛中加熱450至600℃，保溫3至5小時，然後降至室溫。
所述步驟(3)中純化處理採用的氧化劑是雙氧水、過氧乙酸、二氧化氯、氯氣、氫氧化鈉、濃硫酸、硝酸、濃鹽酸、高氯酸、其中任意兩種或三種氧化劑的混合物。
所述步驟(6)中摻雜多價態過渡金屬元素為Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn，鹽溶液採用硝酸鹽，碳酸鹽，硫酸鹽、鹽酸鹽或含有摻雜元素的絡鹽溶液。
所述步驟(7)中的有機物混合包覆採用的包覆材料為水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡膠乳SBR、羧甲基纖維素CMC、有機溶劑系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的僅為本發明的優選例，並不用來限制本發明，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。