[发明专利]锂电池、锂电池薄膜正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂电池、锂电池薄膜正极材料及其制备方法，该制备方法包括：氟化亚铁与碳纤维混合在不锈钢球磨罐中球磨，得到复合材料；将所述复合材料添加到PEO溶液中，加入导电剂一起搅拌，经干燥处理，得到薄膜正极材料。通过将氟化亚铁与碳纤维球磨混合，氟化亚铁均匀地吸附在碳纤维上，得到FeF₂@CF复合材料，将复合材料、导电剂和PEO溶液混合后并搅拌，对得到的复合材料浆料经干燥处理，可得到薄膜正极材料；该方法简单可控，重复性极高，可大批量制备，成本低；而且通过FeF₂@CF复合材料在PEO溶液中的均匀分散，干燥后得到的薄膜正极材料当中，复合材料周围被PEO紧紧包裹，在充放电过程时，抑制了正极材料的体积形变，提高了电化学性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种锂电池薄膜正极材料的制备方法、锂电池薄膜正极材料及锂电池。

背景技术

随着社会的快速进步，人们对自然资源的需求日益增加，化石燃料和自然保护区的连续和过度消耗(如Ni，Co，Cu)导致严重的环境污染，更不用说多年来加剧的资源的消耗。为了克服能源和环境危机，高效能量转换和储存的电池技术的开发至关重要。如今大多数商用电池正极都是传统的插层型正极，但随着时代的变化，传统正极材料已经不能满足人们对高能量密度电子设备的需求，因此开发下一代高能量密度转换型正极极其重要。

金属氟化物正极与传统正极相比虽然有着较高的能量密度以及较低的成本，但存在着很严重的问题，比如电压滞后，电子电导性差，循环过程中体积膨胀，以及严重的副反应。现在已经有了缓解这些问题的方法，比如掺杂碳纳米管，或是注入多孔碳内来提高其电子电导率以及体积膨胀；将传统的商用电解液更换成固态电解质来减少其副反应以及正极材料溶解等问题；控制正极材料尺寸来减小其电压滞后现象等。当利用氟硅酸亚铁溶液和碳纳米管(CNT)进行共混后退火，形成FeF₂/CNTs复合物，再引入聚合物填入碳纳米管空隙中；这样制备过程复杂，实验耗时长，成本较高，很难大批量制备。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种锂电池薄膜正极材料的制备方法、锂电池薄膜正极材料及锂电池，通过将氟化亚铁与碳纤维球磨混合，正极材料均匀地吸附在碳纤维上，得到FeF₂@CF复合材料，方法简单可控，重复性极高，可大批量制备，成本低；而且通过FeF₂@CF复合材料在PEO溶液中的均匀分散，干燥后得到的薄膜正极材料当中，复合材料周围被PEO紧紧包裹，在充放电过程时，抑制了正极材料的体积形变，提高了电化学性能。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种锂电池薄膜正极材料的制备方法，包括：氟化亚铁与碳纤维混合在不锈钢球磨罐中球磨，得到复合材料；将所述复合材料、导电剂和PEO溶液混合，经干燥处理，得到薄膜正极材料。

优选的，锂电池薄膜正极材料的制备方法还包括：将铁粉缓慢加入到氟硅酸溶液中得到氟硅酸亚铁前驱体溶液，取上层清液离心干燥，并退火得到氟化亚铁粉末。

优选的，PEO溶液的溶剂为乙腈，将所述复合材料与导电剂混合粉末放入以乙腈为溶剂的所述PEO溶液一起搅拌，得到所述复合材料的浆料；或将所述复合材料添加到以乙腈为溶剂的所述PEO溶液中，再加入导电剂一起搅拌，得到所述复合材料的浆料。

优选的，所述复合材料中氟化亚铁颗粒大小为50～100nm。

优选的，所述复合材料中氟化亚铁与碳纤维质量比为9:1～7:1。

优选的，将所述复合材料与导电剂混合后加入到以乙腈为溶剂的所述PEO溶液中，在磁力搅拌器上，以400r/min～450r/min搅拌12小时以上。

优选的，PEO固态电解质中PEO与LiTFSI摩尔比为18:1～20:1，PEO固态电解质占以乙腈为溶剂的所述PEO溶液质量百分比为10％～15％。