[发明专利]一种锂离子电池正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，属于锂离子电池电极材料技术领域。该方法为:将50mg‑200mg六水合氯化铁、5mg‑40mg六水合氯化镍和3mg‑20mg碳纳米管加入到水和DMF组成的混合溶剂中，取1‑5ml浓度为0.1M的硫化钠溶液加入到混合溶液中，加热回流后，转入水热釜中进行水热反应，得到水热反应产物,进行微波等离子处理后即得。本发明制备的FeNiS₂‑CNTs材料具有良好的化学性能，较大的石墨化缺陷程度暴露了更多的活性位点，并且制备方法环境友好、制备方法简单，便于大规模生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池正极材料-碳纳米管材料负载过渡金属硫化物的制备方法。

背景技术

近几年锂离子电池负极材料取得了重大的突破，新型的硅基和锡基材料相对于石墨碳而言比容量已经有明显的提高，而正极材料的发展相对比较缓慢。由于受到传统正极材料理论比容量的限制，因此迫切需要寻找更高比容量的正极材料。硫在地球上储量十分丰富，来源广泛，可以作为锂离子电池正极材料进行应用。锂硫二次电池是以金属锂作为负极，单质硫或硫基复合材料作为正极的二次电池,其理论能量密度为2600Wh/kg,实际能量密度目前能达到300Wh/kg,未来几年内极有可能提高到600Wh/kg左右,被认为是当前最具研究吸引力的二次电池体系之一。

与金属氧化物相比，硫资源丰富、价格低廉、环境友好、易被大规模应用等优势，迅速成为新型能源存储系统最具潜力的正极材料。其中，与锂负极电化学配对，基于16Li+S₈＝8Li₂S这一电化学反应的锂硫电池具有超高的理论能量密度(2600Wh·kg－1)，是目前商业化锂离子电池实际所能达到的能量密度的10倍左右，预测其成功应用必将在电动汽车动力电池、智能电网及清洁能源大规模储能电池等领域表现出巨大价值，而引起了人们的广泛关注，成为近年来新一代高能量密度电池的研究重点。

单质硫在室温下是电子绝缘体，对硫正极材料的改性一般包括硫与导电添加剂的混合。碳材料负载过渡金属化合物被广泛应用做锂离子电池的正极材料，这是由于碳材料在自然界中容易获得，具有大的表面积和孔隙率，低电阻率，而且表面化学环境和物理化学性能极好，成本低廉等。以及由于具有高导电率，较强的吸附能力常作为含硫复合材料的添加剂。锂离子电池的能量的储存主要是电荷在电极和电解质表面进行。多孔碳材料由于具有的独特性质，合成原料丰富且容易获取，因此在现代科学中存在普遍的应用。此外，多孔碳材料具有化学稳定性高、耐酸碱、耐高温、良好的导电性、极佳的导热性等一系列特点，这类材料通常具有发达的孔隙、高的比表面积、高的化学稳定性、优良的耐热、耐酸碱及独特的电子传导性质，是现代工业中不可缺少的重要材料之一。

过渡金硫化物可用于锂离子电池的正极材料，但其存在一定的缺点，例如，在充放电过程中会出现一定的膨胀，循环稳定较差。此种材料的反动力学比较差，而且充放电电滞后现象比较严。过渡金属硫化物循环稳定差主要有三点：第一是导电性较差，离子或电子扩散系数不大，降低了电极反应的可逆性，循环时容量衰减较快；第二是过渡金属硫化物材料反复与Li反应产生粉化，活性颗粒之间、集体流和活性颗粒之间失去电接触，丧失触点的粒子不再参与电极反应，进而容量发生衰减；第三是过渡金属硫化物材料与Li反应生成了金属纳米颗粒，这些颗粒在多次循环后产生团聚，从活性物质变少，容量衰减。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种锂离子电池正极材料的制备方法，本发明通过微波等离子体加热合成FeNiS₂-CNTs材料，材料通过与碳材料的复合以及表面通过等离子设备处理，增加了材料的导电性，Fe与Ni元素外层拥有类似的电子结构，形成协同作用，增加了材料的电化学活性。该制备方法操作简单、环境友好，便于大规模生产锂离子电池正极材料的制备方法，制得的锂离子电池正极材料具有高的比表面积和较多的活性位点，电化学性能好。

技术方案

一种锂离子电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：