[发明专利]一种锂二次电池用聚丙烯腈/二硫化铁复合正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂二硫化铁电池技术领域，特别涉及一种锂二次电池用聚丙烯腈/二硫化铁复合正极材料的制备方法，将FeS₂加入到聚丙烯腈分散液中分散充分，然后除去溶剂得到PAN@FeS₂前驱体，对PAN@FeS₂前驱体进行压片后，先加热处理使PAN发生环化，再进一步升温热处理后，自然冷却后粉碎，即得到PAN@FeS₂复合正极材料。

技术领域

本发明属于锂二硫化铁电池技术领域，特别涉及一种锂二次电池用聚丙烯腈/二硫化铁复合正极材料的制备方法。

背景技术

随着锂离子电池的快速发展，人们对于高能量密度锂离子电池的需求愈发迫切。能量密度是电池的关键参数，对于大规模储能、高续航的电动车辆、高级便捷式电子设备以及许多其他应用来说，为了达到扩大行驶里程和降低成本的目的，将能量密度提高到300Wh/kg以上是很有必要的。当前，高镍三元正极材料(NCM811体系)匹配硅碳负极材料的锂离子电池的比能量可以达到约300Wh/kg，初步实现了国家行动纲领制定的2020年的目标。但是，300Wh/kg的比能已接近现有材料体系的极限。近来，转换型阴极材料因为其能够容纳更多的离子和电子，受到科研人员的广泛关注。同时，锂金属负极有两大特点：标准电极电势为－3.04V，在所有负极材料中是最低的；理论比容量高达3860mAh/g。因此，金属锂具有成为最理想的负极材料的潜力。因而，回归对基于无锂阴极材料的转化型反应的锂金属电池的研究是探索新型高比能电池的一条有意义的道路。

黄铁矿(FeS₂)储量丰富、价格低廉。FeS₂完全转化成金属Fe和碱金属化合物(Li₂S或Na₂S)的理论容量可达894mAh/g，因此，一直是高容量电极材料的优质选择。Li/FeS₂一次电池已经具有成熟的生产工艺，但是开发室温Li/FeS₂二次电池始终是研究者们所关切的问题。开发Li/FeS₂二次电池的过程中还面临多个问题，电解质方面面临着FeS₂与碳酸脂类溶剂的不兼容和在醚类溶剂里的“穿梭效应”，材料本身方面还面临着充放电过程中严重的体积膨胀以及由于没有可脱嵌的结构造成的原子团聚。从改变电解液或者材料自身结构来优化电池电化学性能，很难一次性解决Li/FeS₂二次电池面临的多个问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种简单、快捷的、设备要求易于商业化的锂二次电池用聚丙烯腈/二硫化铁复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将聚丙烯腈于溶剂中充分分散得到聚丙烯腈分散液，

溶剂优选无水乙醇，

(2)将FeS₂加入到步骤(1)中得到的聚丙烯腈分散液中并分散充分，然后除去溶剂得到PAN@FeS₂前驱体，

步骤(2)中加入的FeS₂与步骤(1)中的聚丙烯腈的质量比为7：3，

FeS₂和聚丙烯腈在加入之前先研磨充分，

除去溶剂的操作中，先对所得的混合体系进行加热搅拌使大部分溶剂受热蒸发掉，再将混合体系置于烘箱中充分烘干，

(3)对步骤(2)中得到的PAN@FeS₂前驱体进行压片，

通过4MPa～8MPa的压力进行压片，

(4)将步骤(3)中压片后的PAN@FeS₂前驱体先加热处理使PAN发生环化，再进一步升温热处理后，自然冷却后粉碎，即得到PAN@FeS₂复合正极材料，