[发明专利]一种正极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种正极材料及其制备方法和用途，所述正极材料包括复合碳材料、纳米钛氧化物和FeF₃(H₂O)_0.33，所述复合碳材料和钛氧化物包覆在FeF₃(H₂O)_0.33的表面，所述复合碳材料为氮、磷、硫和氯共掺杂的复合碳材料。所述方法包括：1)将氮、磷、硫和氯共掺杂的复合碳材料和FeF₃(H₂O)_0.33分散在纳米钛氧化物溶胶中，超声，然后进行喷雾干燥，获得正极材料前驱体；2)微波处理，得到正极材料。本发明所提供的正极材料具有良好的导电性和放电比容量，将所述的新型正极材料组装成锂离子电池后，在1C倍率下其放电比容量大于215mAh/g，循环50次后容量保持率≥95％具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料制备技术和锂离子电池领域，涉及一种正极材料及其制备方法和用途。

背景技术

进入21世纪以来，能源短缺和环境污染问题已成为人类共同面临的严峻问题，随着电子工业和新能源汽车快速发展的需要，人们对各类电池的需求日益迫切。锂离子电池具有放电比容量大、电压平台高、安全、寿命长、环境友好等突出优点，目前在小型便携式电池、新能源汽车用动力电池、储能等各个领域的应用越来越广泛，相应的锂离子电池行业的竞争也越来越激烈，寻找高性能、低成本的新型电极材料是进一步降低电池成本、增强竞争力的有效途径之一

通常情况下，锂离子电池的比能量由比容量和电池的工作电压共同决定，在已知的元素周期表中，氟的电负性最强，形成的离子键化合物的键强度远高于硫化物和氮化物，所以，氟化物作为锂离子电池正极材料时其放电电压平台远高于硫化物和氮化物，但是由于氟化物有强的离子键，能带间隙宽，导电性差，通常为绝缘体，这导致氟化物作为锂离子电池正极材料在使用过程中的放电比容量低。因此，尽管氟化物基纳米复合材料是较有前景的新型正极材料，为了改善其导电性，人们进行了各种探索，如，中国发明专利，一种锂二次电池FeF₃(H₂O)_0.33正极材料的制备方法(授权公告号CN 100517812C)，该专利先将三价铁盐和碱混合均匀，然后与一定配比的氢氟酸在塑料密闭容器中均匀反应，过滤、清洗、干燥并粉碎后得到具有正交晶系结构的FeF₃(H₂O)_0.33正极材料，但是该正极材料的导电性和循环寿命还需要进一步提高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种新型的正极材料及其制备方法和用途。本发明所提供的新型正极材料具有良好的导电性和放电比容量，将所述的新型正极材料组装成锂离子电池后，在1C倍率下其放电比容量大于215mAh/g，循环50次后容量保持率≥97％具有广阔的应用前景。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种正极材料，所述正极材料包括复合碳材料、钛氧化物和FeF₃(H₂O)_0.33，所述复合碳材料和纳米钛氧化物包覆在FeF₃(H₂O)_0.33的表面；所述复合碳材料为氮、磷、硫和氯共掺杂的复合碳材料。

本发明的正极材料中，氮、磷、硫和氯共掺杂的复合碳材料和钛氧化物包覆在FeF₃(H₂O)_0.33的表面，可以提升FeF₃(H₂O)_0.33正极材料的稳定性、包覆均匀性、导电性、振实密度和体积能量密度，还可以显著提升其放电比容量、倍率性能和循环性能。

优选地，所述包覆为匀相共包覆。

优选地，所述复合碳材料为氮、磷、硫和氯共掺杂的复合碳材料。