[发明专利]一种新型硫/炭掺杂的钴酸锂正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型硫/炭掺杂的钴酸锂正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池自商业化以来，锂离子电池所用的正极材料大多为钴酸锂、钴酸锂或三元材料等，其组分主要是活性材料加导电剂再加粘结剂，所述活性材料为钴酸锂、钴酸锂或三元等；负极材料大多采用石墨为活性物质，再添加一些导电剂和粘结剂；其优点是容量较高，循环寿命长，但是钴资源匮乏、价格昂贵且具有毒性，因此寻求价格优廉、性能可靠、环境友好的正极材料成为锂离子电池的重要研究方向。以钴酸锂为代表的尖晶石型正极材料和三元材料层状氧化物在过去十年中得到广泛研究，但是由于其各自存在的缺陷制约了他们的发展前景。另外，正负极材料组成的体系有个共同的特点就是放电后期，尤其是在放电结束时，电压下降非常快，也就是在这个电压区间里面，锂离子电池的容量几乎没有了。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种新型硫/炭掺杂的钴酸锂正极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本新型硫/炭掺杂的钴酸锂正极材料按重量份计，由以下组分按照所示比例制备而成，硫/炭复合材料27、活性材料88、功能性材料3、导电材料15、粘结材料15。

作为优化，所述功能性材料为55%的硝酸铁锂溶液。

作为优化，所述正极材料为钴酸锂。

作为优化，所述导电剂为鳞片石墨。

本新型硫/炭掺杂的钴酸锂正极材料制备方法包括以下步骤：

（1）按照上述重量份比例，将碳材料与升华硫或硫磺粉放入二氧化锆或玛瑙球磨罐，在手套箱中将球磨罐注入高纯惰性气体后，置于行星球磨机上球磨5h，球磨转速为500 r/min，单质硫和碳的质量比为1:2~3∶2 ；即得硫/碳复合材料，将该硫/碳复合材料在烘箱中以15℃/min的加热速率升温至180℃，并在此温度下保温24h；

（2）将硫/碳复合材料、活性材料、功能性材料、导电材料、粘结材料混合均匀，分散在体积比为3:1的水和丙酮的混合溶剂、水或氯仿中，超声或者搅拌，使其完全均匀地分散；

（3）在冰水浴和惰性气氛保护下，加入过硫酸铵水溶液或FeCl₃的氯仿溶液，恒温下搅拌反应24h，然后将反应产物离心分离，洗涤，放入55℃的真空干燥箱中烘干，研磨至粉末。

本发明一种新型硫/炭掺杂的钴酸锂正极材料制备方法方法简单，成本低廉，克服了锂离子电池因为保护板自放电而造成失效的缺陷，从而改善整个电池组的自放电，实现延长锂电池存放时间的目的，保证用户使用完用电器而不充电的情况下可以储存较长的时间。

具体实施方式

本新型硫/炭掺杂的钴酸锂正极材料按重量份计，由以下组分按照所示比例制备而成，硫/炭复合材料27、活性材料88、功能性材料3、导电材料15、粘结材料15。所述功能性材料为55%的硝酸铁锂溶液。所述正极材料为钴酸锂。所述导电剂为鳞片石墨

本新型硫/炭掺杂的钴酸锂正极材料制备方法包括以下步骤：

（1）按照上述重量份比例，将碳材料与升华硫或硫磺粉放入二氧化锆或玛瑙球磨罐，在手套箱中将球磨罐注入高纯惰性气体后，置于行星球磨机上球磨5h，球磨转速为500 r/min，单质硫和碳的质量比为1:2~3∶2 ；即得硫/碳复合材料，将该硫/碳复合材料在烘箱中以15℃/min的加热速率升温至180℃，并在此温度下保温24h；

（2）将硫/碳复合材料、活性材料、功能性材料、导电材料、粘结材料混合均匀，分散在体积比为3:1的水和丙酮的混合溶剂、水或氯仿中，超声或者搅拌，使其完全均匀地分散；

（3）在冰水浴和惰性气氛保护下，加入过硫酸铵水溶液或FeCl₃的氯仿溶液，恒温下搅拌反应24h，然后将反应产物离心分离，洗涤，放入55℃的真空干燥箱中烘干，研磨至粉末。

本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书描述的产品，均落入本发明的保护范围之内。