[发明专利]一种单体4V级热电池用正极材料及制备方法

权利要求书

1.一种单体4V级热电池用正极材料，其特征在于，所述正极材料按质量比百分数计由如下物料组成：单体4V级活性正极材料50%～85%、超高压熔盐电解质10%～30%、高电压稳定剂6%～10%、高导电率导电剂0.1%～5%；所述超高压熔盐电解质电化学稳定窗口在4.5V以上，共晶熔点在420℃～450℃；

所述单体4V级活性正极材料为MnF₃或非化学计量比Zr_xMn_1-4x/3F₃，其中x的取值范围为0＜x＜0.04；

所述超高压熔盐电解质为LiF-KF-NaF-Li₂SO₄四元共晶熔盐；

所述高导电率导电剂为碳纳米管，石墨烯，等质量比的乙炔黑与碳纳米管复合物，等质量比的碳纳米管与石墨烯复合物中的一种；

所述高电压稳定剂为Li_6.75La₃Zr_1.75Ta_0.25O₁₂，Li_7-3xGa_xLa₃Zr₂O₁₂，Li_6.4Al_0.2La₃Zr₂O₁₂中的一种或几种组成的复合物，其中x的取值范围为0.05＜x＜0.85。

2.如权利要求1所述单体4V级热电池用正极材料，其特征在于，所述非化学计量比Zr_xMn_1-4x/3F₃活性正极材料的制备方法：

（1）混合：按照具体化学式称取锰盐和锆盐溶解在装有乙醇溶液、均相反应剂的聚四氟乙烯容器中连续搅拌混合物直至其溶解以获得紫红色溶液；

（2）加热：在步骤（1）获得的紫红色溶液中加入HF溶液，令混合液体体积达到聚四氟乙烯容器的体积的70%～80%，静置1h以上，将盛有反应产物的聚四氟乙烯容器放入磁力搅拌水热反应釜中并密封，然后转速设置为120r/min～500r/min，加热温度为120℃～160℃，加热时间在6h以上；

（3）干燥：将步骤（2）中聚四氟乙烯容器冷却至室温后，获得红色沉淀；然后，将沉淀物用乙醇洗涤除去未反应的HF，再用超纯水洗涤3次以上，之后将沉淀放入冷冻干燥器中升华除水；然后在氩气保护下的管式炉中先加热至230℃，保温1h后，再在450℃下保温处理3 h，获得无水非化学计量比Zr_xMn_1-4/3xF₃活性正极材料；

所述均相反应剂为乙二胺四乙酸四钠盐四水合物或乙二胺四乙酸四钠盐二水合物。

3.如权利要求2所述单体4V级热电池用正极材料，其特征在于，所述锰盐为硝酸锰水合物或硝酸锰四水合物。

4.如权利要求2所述单体4V级热电池用正极材料，其特征在于，所述锆盐为氯化锆。

5.如权利要求1所述单体4V级热电池用正极材料的制备方法，其特征在于，将单体4V级活性正极材料、超高压熔盐电解质、高导电率导电剂、高电压稳定剂混合、熔融、急冻、粉碎；其中混合采用自转加公转的方式进行，自转速为600r/min～1500r/min，公转速为400r/min～1200r/min。

6.如权利要求5所述单体4V级热电池用正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）混合：将单体4V级活性正极材料、超高压熔盐电解质、高导电率导电剂、高电压稳定剂分别粉碎后过200目筛，然后将单体4V级活性正极材料、超高压熔盐电解质、高导电率导电剂、高电压稳定剂放入行星式脱泡搅拌器中采用自转加公转的模式，纯固相粉末混合搅拌0.5～5min，得到固相混合物A；

（2）熔融：将步骤（1）中的固相混合物A放入刚玉坩埚中，在氩气氛围保护下450℃～600℃加热1～3h，获得熔融相混合物B；

（3）急冻：将步骤（2）中获得的熔融相混合物B连同刚玉坩埚一起取出，放至在不锈钢制作的坩埚笼中，再将坩埚笼迅速放入干燥环境中的急冻液体内，保持1min～10min，得到急冻混合物C；

（4）粉碎：将步骤（3）中获得的急冻混合物C从急冻液体中取出，放置在干燥环境中1h以上后，将其放入转速为5000r/min～6000r/min的高速粉碎机中粉碎0.5～2min，得到单体4V级热电池用正极材料。