[发明专利]磷酸铁锂/硫碳复合正极材料及其制备方法、锂离子电池正极和锂离子电池

说明书

本发明公开一种磷酸铁锂/硫碳复合正极材料及其制备方法、锂离子电池正极和锂离子电池，该制备方法包括以下步骤：将硫单质分散到溶剂中；向得到的溶液中加入导电炭黑，并超声搅拌8‑12小时；将得到的混合溶液在50‑160℃进行热处理，去除溶剂，得到硫碳复合物；将磷酸铁锂前驱体和硫碳复合物进行湿法球磨混合，干燥，得到磷酸铁锂/硫碳复合材料的前驱体；将磷酸铁锂/硫碳复合材料前驱体在保护气体中热处理8‑12h，得到磷酸铁锂/硫碳复合正极材料。本发明提供用于锂离子电池体系的复合正极材料的制备方法，提高正极材料的能量密度和压实密度，制备工艺简单、易于规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种磷酸铁锂/硫碳复合正极材料及其制备方法、锂离子电池正极和锂离子电池，属于锂离子电池领域。

背景技术

锂离子电池具有循环寿命长、自放电率低、能量密度高、工作电压高、体积小等优点，已被广泛应用于各种数码电子产品、备用电源、电动工具以及新能源汽车等。随着人们对锂离子电池的要求越来越高，开发具有更能量密度和使用寿命的锂离子电池材料成为研究的热点。

目前锂离子电池的正极材料主要有层状结构的钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)、橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)、尖晶石结构的锰酸锂(LiMnO₄)以及层状三元材料(LiNi_xCo_yMnzO₂)等。磷酸铁锂的容量在300Ah/kg以下，且材料制备的压实密度不高，工艺常规压实密度基本控制再2.4-2.5mg/cm³，提高压实密度，磷酸铁锂制备的极片容易出现脆片和断片的情况，增加工业辊压难度，难以满足目前日益增长的能源存储和利用的要求。

发明内容

单质硫，理论比容量高达1672Ah/kg与锂组装成电池，能量密度为2600Wh/kg与传统的锂离子电池正极材料相比，具有高理论比容量的优势。同时，单质硫作为地球上储量丰富的元素之一，锂硫电池也具有来源广泛，成本低廉，环境友好等优点，所以硫电极吸引了大量的研究。

本发明结合了硫材料与磷酸铁锂材料的优势，采取简单的物理混合方式制得磷酸铁锂/硫碳复合材料，利用硫材料纳米特性填充磷酸铁锂孔隙，提高复合材料的压实密度，并利用硫材料的高容量来提高复合正极材料的容量，进而提高复合材料的能量密度。

本发明的目的在于，提供一种简单易行的磷酸铁锂复合硫碳材料的制备方法，提高正极材料的比容量和压实密度。本发明的具体技术方案如下：

一种磷酸铁锂/硫碳复合正极材料的制备方法，所述方法包括：

步骤1，将硫单质分散到溶剂中；

步骤2，向步骤1所得到的溶液中加入导电炭黑，并超声搅拌8-12小时；

步骤3，将步骤2所得到的混合溶液在50-160℃进行热处理，去除溶剂，得到硫碳复合物；

步骤4，将磷酸铁锂前驱体和所述硫碳复合物进行湿法球磨混合，并喷雾干燥，得到磷酸铁锂/硫碳复合材料的前驱体；

步骤5，将所述磷酸铁锂/硫碳复合材料前驱体在保护气体中进行第二热处理8-12h，得到磷酸铁锂/硫碳复合正极材料。

优选地，以重量份计，所述硫单质和所述导电炭黑的用量之比为1-65：1。

优选地，以重量份计，所述硫单质与所述溶剂的用量之比为1：20-200。

在本发明中，将硫单质分散到溶剂中，使得硫单质充分溶解到溶剂中，使其以悬浊液的形式存在。

优选地，所述硫单质的粒径为10-50nm。

粒径的测定方法参见马尔文2000测试仪器测试材料粒径的步骤说明。