[发明专利]一种高容量硫化磷酸铁锂正极材料合成方法

说明书

一种高容量硫化磷酸铁锂正极材料合成方法，本发明公开了一种高容量硫化磷酸铁锂阴极材料的合成方法，其步骤是：以水溶性的锂源化合物，硫铁源和磷源化合物为主要反应物，加入表面添加剂和碳源还原剂，在水相中研磨混合均匀，经低温水热反应，干燥得到硫化磷酸铁锂的前躯体，前躯体经高温氮气保护煅烧，得到硫化磷酸铁锂/碳硫复合正极材料。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料的制备方法，它属于能源新材料技术领域。

背景技术

锂离子电池是一种绿色高能电池，近些年来发展十分迅速，广泛应用于各种便携式电子产品和通讯工具，在电动汽车中也具有良好的应用前景。其中磷酸铁锂作为锂电池正极材料之一，以其高循环寿命、高安全性能和可靠性得到了极好的应用。但是这款材料也存在不足，相对比三元材料来说，磷酸铁锂能量密度偏低，而利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1675m Ah/g和 2600Wh/kg，是磷酸铁锂电池额能量密度的十倍以上，得到的更多的关注和研究，具有更广的应用前景。但是硫电极的电导率极低，硫溶解等问题，严重影响其性能特别是容量的发挥，目前主要通过碳包覆结等方法进行改善，但问题都没有得到解决。

本发明提供一种高容量硫化磷酸铁锂/碳硫复合材料的合成方法，使得磷酸铁锂和硫化物得以完美复合，从结构上综合改善两种材料的电导率低的问题，通过磷酸铁锂结构稳固硫电极的稳定性，提高硫电极材料的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是为解决目前材料比容量不能满足市场需求的矛盾，提供一种高容量磷酸铁锂/硫碳复合材料的合成方法。

本发明的技术方案概述如下：

其制备工艺步骤如下：称取一定量的锂源和磷源、硫铁源，分别加入去离子水中，然后将三种浆料混合，搅拌均匀，其中锂源∶锰源∶硫铁源＝1∶1∶1-3∶1∶1(摩尔比)。加入上述浆料溶液中，搅拌均匀后，称取10％-50％的还原剂加入到上述浆液中，充分搅拌溶解，再称取0.5％-5％的表面活性剂加入上述浆料溶液，浆料溶液经球磨2H，转入水热反应釜。加热在 95-120℃条件下反应1-5h，反应结束后浆料经喷雾干燥得到硫化的磷酸铁锂/碳硫复合材料前驱体。将前驱体在惰气气氛中进行一次烧结，烧结温度450-600℃，烧结时间为2-6h，一次烧结后加入10％-20％的还原碳源，再加入40-50％的去离子水，研磨2-5h，得到硫化的磷酸铁锂/碳硫复合材料的一次烧结浆料，再次进行喷雾干燥，得到二次包覆前驱体。然后惰气气氛下进行二次烧结，烧结温度700-850℃，烧结时间5-10h，得到硫化的磷酸铁锂/碳硫复合材料材料。

本发明采用先合成硫化的磷酸铁锂/碳硫复合材料前躯体，该方法较后续加入硫铁化合物混合更均匀，可以使硫盐原位还原成硫化物，使得材料和磷酸铁锂复合的更紧密，结构更稳定，容量更高导电性更好。

具体实施方式

实施例1称取单水氢氧化锂84g，磷酸二氢铵115g，七水硫酸亚铁278g，配成溶液后混合搅拌均匀，称取30g的单水葡萄糖加入到上浆料溶液中，再称取1.6g吐温20加入到上述浆料溶液中，球磨分散2h，控制浆料中粒径在300nm以下，球磨结束后，将浆料转入水热反应釜中，120℃，水热反应2小时，得到反应的浆料产物，产物在氮气的保护下进行喷雾干燥，得到前躯体物料，前躯体物料在氮气气氛550℃条件下烧结6h，烧结后物料添加16g葡萄糖，添加120g去离子水，球磨分散3.5h，然后将浆料进行喷雾干燥，干燥后物料在氮气气氛770℃条件下烧结8h，得到高容量磷酸铁锂/硫化锂硫碳复合材料。测试材料的电化学容量0.2C克容量254.6mA/g，两个电压平台分别为3.38V和2.1V。