[发明专利]一种小型高电压热电池用氧化物复合正极材料及制备方法

说明书

本发明提供一种小型高电压热电池用氧化物复合正极材料，包括：氧化物复合正极材料以及包覆在所述氧化物复合正极材料外的碳包覆层。本发明的有益效果是获得的碳包覆磷酸铁锂/二硫化铁复合正极材料具有良好且连续的电子导电层和离子传输路径，同时拥有稳定的高电压放电平台和大功率放电能力。该碳包覆磷酸铁锂/二硫化铁复合正极材料有望在小型高电压热电池领域实现推广应用。

技术领域

本发明属于热电池正极材料技术领域，尤其是涉及一种小型高电压热电池用氧化物复合正极材料及制备方法。

背景技术

热电池是一种利用电池自身的加热系统将常温下不导电的固态电解质熔融成离子导体而工作的热激活一次储备电池。热电池具有激活时间短、脉冲放电能力强、储存寿命长、工作温度范围宽、结构紧凑、不需维护等优点，被广泛应用于国防军事领域。

热电池正极材料对电池容量、安全性、贮存时间有着重要的影响，同时也是制约高比能长寿命热电池发展的瓶颈。目前，成熟的热电池正极材料主要为过渡金属硫化物(如FeS₂、CoS₂、NiS₂)，但是，由于单体电池实际放电电压低于2V的限制，过渡金属硫化物热电池的能量密度等关键性能的提升空间十分有限。因此，电极电位在2V以上的高电位正极材料成为了热电池技术的重要发展方向。部分金属氧化物因具有较高电极电位和良好热稳定性而成为热电池高电位正极材料的重点研究对象，但是由于其在传统电解质中与电解质发生相互反应，导致氧化物的实际放电容量往往偏低。

磷酸铁锂作为新一代锂离子电池正极材料的杰出代表，具有热稳定性突出，安全性能高的优点，与传统热电池正极材料相比，其放电电压平台更高，有利于提升热电池体积比能量，因此该材料在热电池中有很大的应用前景。研究发现，磷酸铁锂在传统的熔盐电解质中以小电流密度进行放电时，表现出平稳的高电压平台和较高的放电容量。但是，由于磷酸铁锂的锂离子扩散系数和电子电导率较低，大功率放电容量衰减严重，最终还是难以适应热电池的应用条件。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种小型高电压热电池用氧化物复合正极材料及制备方法，有效的解决磷酸铁锂的锂离子扩散系数和电子电导率较低，大功率放电容量衰减严重，难以适应热电池的应用条件的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种小型高电压热电池用氧化物复合正极材料，包括：氧化物复合正极材料以及包覆在所述氧化物复合正极材料外的碳包覆层。

优选地，所述氧化物正极材料为磷酸铁锂/二硫化铁复合材料，与所述碳包覆层形成碳包覆磷酸铁锂/二硫化铁复合材料，其中，所述磷酸铁锂和所述二硫化铁的质量比为8:1～1:8。

优选地，所述碳包覆磷酸铁锂/二硫化铁复合材料中包覆的碳层厚度为1nm～20nm。

优选地，所述碳包覆磷酸铁锂/二硫化铁复合材料颗粒尺寸范围为2μm～20μm。

一种制备小型高电压热电池用氧化物复合正极材料的方法，其特征在于：

分别将磷酸铁锂和二硫化铁粉末与碳源原料按照一定质量比称重；

将称取好的所述磷酸铁锂和所述二硫化铁粉末分别分散在Tris缓冲溶剂中，形成磷酸铁锂分散液和二硫化铁分散液，然后调节两种所述分散液的pH值，使其形成两种均匀的固-液悬浮体；

向两种所述固-液悬浮体中缓慢加入所述碳源原料，搅拌、离心分离，分别得到两种沉淀物；

将两种所述沉淀物进行烘干，加入LiF-LiCl-LiBr共晶盐在煅烧设备中进行煅烧，获得所述碳包覆磷酸铁锂/二硫化铁复合材料。

优选地，所述碳源原料为聚多巴胺；所述磷酸铁锂和所述二硫化铁粉末与所述碳源原料质量比为100:10-100:40。