[发明专利]一种高比能氟化物锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高比能氟化物锂离子电池正极材料，它是由能可逆脱嵌锂的氟化物固溶体与碳纳米管、高电导率锂盐结合在一起的固溶体化合物；还公开了其制备方法和锂离子电池，本发明主要由以CuF₂、FeF₂、LiClO₄、LiFNFSI、碳纳米管为主要原材料，通过高能化学球磨法合成同时具有高电子电导和离子电导的铜基氟化物固溶体锂离子电池正极材料；该方法易于批量化生产，所制得的固溶体型锂离子正极材料一致性好，比容量高达549mAh/g，安全性能好。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高比能高安全性的氟化物锂离子电池正极材料，及其制备方法。

背景技术

近年来能量密度和倍率性能兼顾的锂二次电池已成为电池行业的研究热点。商业化的锂二次电池正极材料，例如钴酸锂、磷酸铁锂、三元（NCM、NCA）、富锂相正极材料xLiMO₂·yLi₂MnO₃，高压正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄等，经过优化后能量密度可达350Wh/kg，根据常规锂离子电池制备的物料比进行预算，即使负极采用元素周期表中理论比容量最高的金属锂作为负极材料，采用目前行业内最先进的固态电解质和金属锂负极技术，现有的商业化锂离子正极材料也无法满足电池能量密度进一步提升的需求。

随着全世界范围内用电装备性能的提高，进一步提升电池的能量密度是当前化学电源的主要研究方向，而研发具有超高比能的新型正极材料是其瓶颈所在。

金属氟化物类正极材料由于其高比容量特性逐渐进入研究者的视野，然而其始终停留在实验室的试制水平。合成工艺复杂、成本高是其中一个制约其批量化生产的重要原因。寻找一种易于批量生产的具有比能量超过1000Wh/kg的氟化物锂离子电池正极活性材料的制备方法是当前高比能锂离子电池开发的关键所在。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种氟化物锂离子正极材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高比能氟化物锂离子电池正极材料，该正极材料是由能可逆脱嵌锂的氟化物固溶体与碳纳米管、高电导率锂盐结合在一起的固溶体化合物，至少含有化学式为Li_xCu_yFe_zF₂的活性物质，且质量含量≥70%，其中x+y+z=2。

一种高比能氟化物锂离子电池正极材料的制备方法，制备过程至少包括以下制备步骤：

（1）将氟化铜（CuF₂）、氟化铁（FeF₂）按照1:1的摩尔计量放入氧化锆球磨罐中，以氧化锆球作为磨介，球料比约为4：1，以300r/min的速度进行密封球磨，球磨时间为10h；

（2）在露点低于-50摄氏度（℃）的环境或惰性气氛环境中，往（1）的球磨罐中加入原氟化铜（CuF₂）摩尔计量比5%的高氯酸锂（LiClO₄）、P含量的（氟磺酰）（正全氟丁基磺酰）亚胺锂（Li[(FSO₂)(n-C₄F₉SO₂)N]，LiFNFSI）材料，其中P=1%～5%，保持温度60℃、500R/min的环境中高能磨球4h制备成活性正极材料A；

（3）在露点低于-50摄氏度的环境或惰性气氛环境中，打开步骤（2）的球磨罐，加入活性正极材料A质量5%的碳纳米管和0.1%～5%的葫芦素，保持温度80℃、300R/min的球磨速度，球磨12h得到高安全性高比能锂离子活性正极材料。

所述的一种高比能氟化物锂离子电池正极材料的制备方法，其葫芦素的含量为0.1%-5%。