[发明专利]一种二硫化铁正极材料及其制备方法以及碱金属离子电池

说明书

本发明公开了一种二硫化铁正极材料及其制备方法以及碱金属离子电池，属于电池电极材料技术领域。本发明首先通过化学聚合的方式将导电聚合物包覆于二硫化铁颗粒的表面，然后将制得的材料均匀涂覆于集流体上，再经过电化学聚合，将导电聚合物包覆电极片表面，本发明能够显著提升活性物质的电导率，缓解二硫化铁脱嵌锂时的体积效应，抑制充放电过程中活性物质的溶解问题，从而提升电池的循环性能与倍率性能。该材料在锂、钠、钾离子电池中均适用。

技术领域

本发明涉及电池电极材料技术领域，具体涉及一种改性二硫化铁正极材料及其制备方法以及碱金属离子电池。

背景技术

锂电池作为清洁的二次储能装置，目前在众多领域得到大力推广。尤其是在电动汽车领域，目前对锂电池的需求量正持续上升，以NCA、NCM为典型的高能量密度的锂电池正在大量使用。但随着该领域的持续发展，对电池性能提出了更进一步的要求，能量密度成为一项非常重要的考察指标。黄铁矿二硫化铁作为自然界广泛存在的铁硫化合物，价格低廉并且理论容量可达894mAh/g，十分符合未来高能量密度锂电池的发展方向。但二硫化铁的固有缺陷如电子电导率低，体积膨胀严重问题制约了二硫化铁正极材料的使用。因此如何克服材料的缺陷是把二硫化铁推向实际应用的重要议题。

发明内容

本发明的目的是提供一种二硫化铁正极材料及其制备方法以及碱金属离子电池，以解决现有二硫化铁正极材料电子电导率低、容量低、体积效应严重、使用寿命较短的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种改性二硫化铁正极材料的制备方法，包括：

(1)向聚合物掺杂剂溶液中依次加入二硫化铁、导电聚合物单体溶液和氧化剂溶液搅拌然后离心，得到预产物；

(2)将所述预产物与粘结剂混合并研磨，将得到的混合料涂覆在集流体上然后烘干，得到电极片；

(3)将所述电极片作为工作电极，将惰性电极作为对电极，放入导电聚合物单体溶液和聚合物掺杂剂溶液的混合溶液中进行电镀，得到改性二硫化铁正极材料。

本发明首先通过化学聚合的方式将导电聚合物包覆于二硫化铁颗粒的表面，然后将制得的材料与粘结剂混合，均匀涂覆于集流体上，再经过电化学聚合，将导电聚合物包覆电极片表面，本发明能够显著提升活性物质的电导率，缓解二硫化铁脱嵌锂时的体积效应，抑制充放电过程中活性物质的溶解问题，从而提升电池的循环性能与倍率性能。二硫化铁中硫元素的溶解是导致容量衰减的重要原因，本发明通过包覆的作用尽可能阻止硫元素与电解液的接触来缓解硫的损失速度。

该材料在锂、钠、钾离子电池中均适用。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤(1)中，步骤(1)中，导电聚合物单体、聚合物掺杂剂、氧化剂和二硫化铁的摩尔比为1：(0.1-10)：(0.1-10)：(1-100)。

本发明中使用的化学聚合法可以在二硫化铁颗粒表面均匀包覆一层导电聚合物，并且可以通过控制导电聚合物单体溶液、聚合物掺杂溶液以及氧化剂溶液的浓度和三者之间的添加配比，去调节包覆层的厚度，从而实现二硫化铁电化学性能的最优化。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤(2)中，所述预产物占所述混合料质量的90％-97％，所述粘结剂占所述混合料质量的3％-10％。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤(2)中，所述混合料还包括与预产物和粘结剂混合的导电添加剂，所述预产物占所述混合料质量的80％-97％，所述粘结剂占所述混合料质量的2％-10％，所述导电添加剂占所述混合料质量的1％-10％。

导电添加剂的加入能够作为连接二硫化铁颗粒之间的桥梁，形成连续的导电网络结构，从而进一步提高二硫化铁正极材料的导电性。