[发明专利]一种硫脲氯铁锂正极单晶材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种硫脲氯铁锂正极单晶材料及其制备方法与应用，所述硫脲氯铁锂的化学式为：化学式为LiFeCl₂(CS(NH₂)₂)₄，其晶型为单一纯相的橄榄石结构，无杂质相，所述的单晶尺寸为微米极至厘米级，该化合物采用自发成核法或溶液挥发法生长晶体。本发明中的硫脲氯铁锂正极单晶材料为纯相的橄榄石结构，无杂质相，电化学性能优异。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，尤其涉及一种硫脲氯铁锂正极单晶材料及其制备方法与应用。

背景技术

我国能源储备量较低，目前有超过60％的原油需要进口，因此，需要大力促进锂离子电池技术的发展。而正极材料是锂离子电池的核心所在，它占了整个锂离子电池成本的60％以上，属于锂离子电池发展的瓶颈所在，它决定了锂离子电池的能量密度、循环寿命和价格。目前国际上，只有磷酸铁锂和三元正极材料是已经商业化并投入实际应用的锂离子电池正极材料。但是，它们的安全性、寿命和能量密度仍然达不到未来电动汽车和储能系统应用的要求，仍需要继续改进和提高，因此，寻找一种比容量高、成本低廉、环境友好的锂离子电池正极材料，仍然是当前锂离子电池领域的一个主要研究方向。商业使用的传统锂离子电池正极材料是粒径为800纳米至10微米之间的球形二次颗粒，属于多晶范畴，因而颗粒存在大量的缺陷和晶界，在充放电过程中，球形二次颗粒内部的晶界容易开裂甚至整个颗粒发生破碎，导致锂离子电池性能的恶化。近年来，人们开始采用单晶颗粒取代传统的球形二次颗粒，以降低颗粒内部的晶界和缺陷，提高材料的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硫脲氯铁锂正极单晶材料及其制备方法与应用，以解决上述技术问题。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种硫脲氯铁锂正极单晶材料，所述硫脲氯铁锂的化学式为：LiFeCl₂(CS(NH₂)₂)₄，其晶型为单一纯相的橄榄石结构，无杂质相，所述的单晶尺寸为微米极至厘米级。

一种硫脲氯铁锂正极单晶材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锂源、铁源、氯源、硫脲和去离子水按摩尔比Li:Fe:Cl:CH₄N₂S:H₂O＝1:1:2:4:10～30进行配料，其中锂化合物、硫脲和氯化亚铁置于称量纸中，去离子水置入一个20ml的烧杯中，静置于室温；

(2)将步骤(1)中称量得到的硫脲缓慢倒入去离子水中，用玻璃棒搅拌溶液5分钟，直至硫脲完全溶解；

(3)将步骤(1)称量得到的氯化亚铁分2～4批次缓慢加入溶液，每次搅拌3～10分钟，至氯化亚铁完全溶解；

(4)将步骤(1)称量得到的锂化合物分2～4批次缓慢倒入烧杯中，每次搅拌2-6分钟，至锂化合物完全溶解，最后得到澄清透明的溶液；

(5)将烧杯静置于恒温箱中，自发成核2～5天后，烧杯底部出现肉眼可见的晶核；

(6)晶核继续长大5～10天后获得尺寸为厘米级的灰黑色并透明的单晶体。

所述锂源为水溶性的LiNO₃或LiOH，所述铁源和氯源为FeCl₂，所述硫脲的分子式为CS(NH₂)₂。

将所述橄榄石型硫脲氯铁锂材料在制备锂离子电池正极中的应用。

本发明化学反应方程式为：