[发明专利]锂离子电池正极材料及其制备方法、锂离子电池正极和锂离子电池

权利要求书

1.一种锂离子电池正极材料，其特征在于，该正极材料包括亚氧化钛骨架、碳包覆层、硫单质包覆层和金属硫化物壳层，所述碳包覆层包覆在所述亚氧化钛骨架的内部孔道壁和外表面上形成亚氧化钛/碳复合微粒，所述亚氧化钛/碳复合微粒的内部孔道中填充有硫单质，所述硫单质包覆层包覆在所述外表面上的所述碳包覆层上，所述金属硫化物壳层包覆在所述硫单质包覆层上。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其中，所述亚氧化钛骨架中的亚氧化钛微粒的平均粒径为1～5μm；比表面积为30～250m²/g，孔容为0.1～0.6cm³/g，孔径为2～8nm；所述碳包覆层在所述亚氧化钛骨架的外表面处的厚度为5～10nm；所述硫单质包覆层在所述亚氧化钛骨架的外表面处的厚度为10～100nm；所述金属硫化物壳层的厚度为5～10nm。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其中，相对于100重量份的所述亚氧化钛骨架，碳的含量为5～10重量份，硫单质的含量为30～350重量份，所述金属硫化物壳层中的金属硫化物的含量为1～5重量份。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料，其中，所述亚氧化钛骨架中的亚氧化钛微粒选自Ti₂O₃微粒、Ti₃O₅微粒、Ti₄O₇微粒、Ti₅O₉微粒和Ti₆O₁₁微粒中的一种或几种；所述金属硫化物壳层中的金属包括钛、铁、钴、镍、铜、锌、锰和银中的至少一种。

5.一种制备权利要求1～4中任意一项所述的锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a、用含有碳前驱体的液体浸渍TiO₂微粒，然后在保护气氛下，进行高温处理以碳化所述碳前驱体并还原TiO₂微粒，得到具有碳包覆层的亚氧化钛骨架；

b、将步骤a得到的所述具有碳包覆层的亚氧化钛骨架与熔融态硫接触，以使得熔融态硫进入亚氧化钛骨架的内部孔道并包覆在所述碳包覆层的表面，得到具有碳和硫单质复合包覆层的亚氧化钛骨架；其中，所述碳和硫单质复合包覆层包括碳包覆层和硫单质包覆层，所述硫单质包覆层包覆在所述碳包覆层上；

c、将步骤b得到的所述具有碳和硫单质复合包覆层的亚氧化钛骨架，在有机溶剂中与金属前驱体在回流条件下接触，使所述具有碳和硫单质复合包覆层的亚氧化钛骨架外表面形成金属硫化物壳层。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤a中，相对于100重量份的所述TiO₂微粒，所述碳前驱体的用量为5～10重量份；

所述碳前驱体为蔗糖、中间相沥青、酚醛树脂、聚苯乙烯、聚亚酰胺、和聚碳酸酯中的至少一种；

所述高温处理的条件包括：温度为800～1200℃，时间为6～12h；所述保护气氛为氮气气氛和/或氩气气氛。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，相对于100重量份的所述具有碳包覆层的亚氧化钛骨架，所述熔融态硫的用量为30～350重量份，所述金属前驱体的用量为1～20重量份。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤b中，所述接触的条件包括：温度为150～180℃，时间为6～24h。

9.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤c中，所述回流条件包括：温度为80～150℃，时间为1～6h；

所述有机溶剂为醇和/或醚，相对于100重量份的所述具有碳包覆层的亚氧化钛骨架，所述有机溶剂的用量为100～500重量份。

10.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤c中，所述金属前驱体中的金属包括钛、铁、钴、镍、铜、锌、锰和银中的至少一种；且所述金属前驱体为氯化物、氟化物、硫酸盐、硝酸盐和有机配合物中的至少一种。