[发明专利]一种电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电池正极材料的制备方法，包括制备RF碳；制备氮化钛‑碳复合材料以及制备氮化钛‑碳复合多硫化物材料等步骤。本发明还公开了根据上述制备方法得到的电池正极材料，以重量百分数计，主要由以下原料组成：活性材料70～90wt％、导电材料5～15wt％以及粘结剂5～15wt％，其中，活性材料为氮化钛‑碳复合多硫化物材料。氮化钛‑碳复合多硫化物材料是由氮化钛‑碳复合材料在140～160℃下用60～80wt％的含硫溶液中浸渍后得到的。本发明公开的材料具有较高的电容量以及良好的抗阻变能力。另外，氮化钛‑碳复合材料与多硫化物结合能力强，能够有效防止硫溶解‑渗透，在高能二次锂电池中有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体地，涉及一种电池正极材料及其制备方法。

背景技术

近年来随着环境污染等问题的日益突出，各国政府大力发展新能源。锂离子电池以其高能、环保等多项有点而备受关注。越来越多的锂离子电池应用在电动汽车上。锂离子电池当前主要正极材料采用磷酸亚铁锂、三元和锰酸锂，能量密度较低，无法满足将来对电动汽车行驶里程上的要求。

高能二次锂电池，如锂硫电池，它的能量密度可达2000Wh/kg以上，是当前锂离子电池能量密度的数十倍，但锂硫电池的多硫化物正极存在活性物质利用率低和硫溶解-沉积等问题，导致循环性能差、首次效率低，影响其商业化应用。

基于以上，期待一种电池正极材料及其制备方法，由该材料得到的电池具有高的电容量以及抗阻变能力。另外，组成该电池电极材料的含氮化钛-碳复合材料与多硫化物具有强的结合能力和较高导电性，明显抑制硫的溶解-渗透；与多硫化物组成的复合材料具有高的稳定性和导电性，有效改善电池的循环性能，延长电池的使用寿命，在电池技术领域具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种电池正极材料及其制备方法，其中该正极材料的主要活性物质为氮化钛-碳复合多硫化物。将氮化钛(TiN)纳米颗粒加载到N掺杂碳的孔中，制备氮化钛-碳复合材料，此材料可用于高能二次锂电池中，可与多硫化物形成氮化钛-碳复合多硫化物，具有强的结合能力，提高导电率，显著降低硫溶解的问题，改善电池的循环性能。

本发明的目的及解决其技术问题采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种电池正极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)制备RF碳；

(2)使得上述步骤(1)中得到的RF碳在70～90℃的温度下吸收水蒸气，然后浸入四异丙醇钛/1,3-二氧戊环溶液1～2h；然后过滤，将收集的产物经加热处理，得到氮化钛-碳复合材料；

(3)将上述制备的氮化钛-碳复合材料在一定浓度的含硫溶液中浸渍后，即得到氮化钛-碳复合多硫化物材料。

前述的步骤(1)中所述RF碳是通过以下步骤制备得到的：

a.将粒径不同的两种硅溶胶按照一定的重量比混合后超声处理得到SiO₂模板；

b.将上述得到的SiO₂模板经干燥处理后于冰浴环境下浸入间苯二酚/甲醛溶液中2～4小时，然后经两次干燥后得到一次渗透产物；

c.重复上述步骤b，得到二次渗透产物；

d.氩气气氛下，将上述步骤c中得到的二次渗透产物经过高温处理后用稀HF洗涤，即得到RF碳。

前述的步骤a中所述SiO₂模板是通过将粒径分别在5～10nm和20～25nm之间的两种硅溶胶按照重量比为(1～3)：32混合后经超声处理得到的。

前述的步骤b中所述间苯二酚/甲醛溶液的摩尔比为(0.5～1.5)：2。