锂-二硫化铁锂电池正极材料制造技术

本发明专利技术公开了一种锂‑二硫化铁锂电池正极材料，其包括改性的二硫化铁的正极活性物质，所述正极活性物质为掺杂有质量百分比为2％的氧化钛、4％的氧化镁和6％的氧化铜的二硫化铁，所述正极活性物质制备方法具体为：a)制备第一份热处理二硫化铁、第二份热处理二硫化铁和第三份热处理二硫化铁；b)制备第一包覆二硫化铁、第二包覆二硫化铁和第三包覆二硫化铁；c)将第一包覆二硫化铁、第二包覆二硫化铁和第三包覆二硫化铁混合均匀得锂‑二硫化铁锂电池正极材料。本发明专利技术能够降低电池的开路电压，使得电压平台更加平稳；此外在正极材料中还加入了复合导电剂，能够大大提高导电性，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，延长电池的寿命。

【技术实现步骤摘要】
锂-二硫化铁锂电池正极材料
本专利技术涉及锂电池材料
更具体地说，本专利技术涉及一种通过加入改性后的二硫化铁获得的锂-二硫化铁锂电池正极材料。
技术介绍
锂-二硫化铁电池是以二硫化铁为正极活性物质，锂离子为负极活性物质的高能环保一次电池，具有传统的一次电池不能比拟的许多优点：放电电压高且较平稳；放电容量大；比功率高、放电电流大；在同型号的电池产品中重量最轻；工作温度范围较宽；高温贮存性能良好；有良好的防漏液性能；储存寿命长；电池无汞、无镉、无铅，是绿色环保、安全可靠的新型储能装置。因其优良的性能，锂-二硫化铁在日常生活中应用较广泛，目前主要用于数码相机、MP3、手持游戏机、便携CD播放器、掌上电脑、数字显示仪器、医疗器械、各类电表、水表等，更甚在武器装备、航空航天等军事领域中也具有潜在的应用前景。随着科技发展的进步，对锂-二硫化铁电池的需求越来越大，性能要求也越来越高，电极材料的完善与升级成为锂-二硫化铁电池性能开发与研究的突破点，特别是正极材料成为研究中最重要的组成部分之一。锂-二硫化铁电池的正极材料二硫化铁通常是从黄铁矿中分离、提纯得到，初得到的二硫化铁作为材料组装的电池其开路电压较高，电压平台和大电流放电性能较差，为改善电压平台和放电性能，需要对活性物质二硫化铁进行改性处理，现有的技术中对二硫化铁的处理存在方法单一，效果不明显且工艺复杂繁琐等问题；此外，作为正极材料的组成之一的导电剂的性能的好坏对电池的放电性能也有着极其重要的影响。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种锂-二硫化铁锂电池正极材料，本专利技术通过将初步分离得到的二硫化铁分批，并对不同批次的二硫化铁进行不同温度的热处理和引入不同金属氧化物，得到三种晶相结构、颗粒大小和表面结构不同的改性二硫化铁，并将三种改性的二硫化铁混合均匀，制得的二硫化铁的活性物质作为锂-二硫化铁的材料，能够降低电池的开路电压，使得电压平台更加平稳；此外在正极材料中还加入了复合导电剂，能够大大提高导电性，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，延长电池的寿命。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种锂-二硫化铁锂电池正极材料，其包括改性的二硫化铁的正极活性物质，所述正极活性物质为掺杂有质量百分比为2％的氧化钛、4％的氧化镁和6％的氧化铜的二硫化铁，所述正极活性物质制备方法具体为：a)将从黄铁矿中分离提纯得到的二硫化铁均分为三等份，将三等份的二硫化铁分别放入温度为250℃、300℃和380℃的电热恒温鼓风干燥箱中，保存24h后取出冷却至室温，得第一份热处理二硫化铁、第二份热处理二硫化铁和第三份热处理二硫化铁，期间向三个干燥箱中均通入氮气；b)将第一份热处理二硫化铁分散于无水乙醇中球磨2～4h，然后放入70～80℃的真空干燥箱中烘干，然后将烘干物分散于去离子水中，并向其中加入金属盐四氯化钛溶液与氨水混合溶液，充分搅拌4～6h后过滤，收集第一滤渣并用无水乙醇洗涤1～3次，将洗涤后的第一滤渣放入70～80℃的真空干燥箱中烘干，然后在180～240℃的高温惰性气体中处理1～3h，得第一包覆二硫化铁；将第二份热处理二硫化铁分散于丙酮中球磨2～4h，然后放入70～80℃的真空干燥箱中烘干，然后将烘干物分散于去离子水中，并向其中加入金属盐氯化镁溶液与氨水混合溶液，充分搅拌4～6h后过滤，收集第二滤渣并用丙酮洗涤1～3次，将洗涤后的第二滤渣放入70～80℃的真空干燥箱中烘干，然后在240～280℃的高温惰性气体中处理1～3h，得第二包覆二硫化铁；将第三份热处理二硫化铁分散于二甲基甲酰胺中球磨2～4h，然后放入170～220℃的真空干燥箱中烘干，然后将烘干物分散于去离子水中，并向其中加入金属盐硫酸铜溶液与氨水，充分搅拌4～6h后过滤，收集第三滤渣并用无水乙醇洗涤1～3次，将洗涤后的第三滤渣放入170～220℃的真空干燥箱中烘干，然后在300～340℃的高温惰性气体中处理1～3h，得第三包覆二硫化铁；c)将所述第一包覆二硫化铁、所述第二包覆二硫化铁和所述第三包覆二硫化铁放入聚四氟乙烯的球磨罐中，向其中加入所述第一包覆二硫化铁3.2倍重量的无水乙醇球磨3～5h，然后将球磨罐中的物料置于真空干燥箱中，70～80℃下恒温2～4h，取出干燥物置于研磨钵中研磨成粉末，即得。优选的是，所述的锂-二硫化铁锂电池正极材料，还包括导电剂，其为重量比为1:2:3碳纤维、碳纳米管和炭黑形成的复合物；所述导电剂的制备方法具体为：将炭黑分为重量比为2:1的第一份和第二份，将第一份炭黑与碳纳米管置于装有无水乙醇的球磨罐中，球磨2h后取出，放入100℃的真空干燥箱中干燥10h，得第一导电物料；将第二份炭黑与碳纤维放入装有无水乙醇的球磨罐中，球磨2h后取出，放入100℃的真空干燥箱中干燥10h，得第二导电物料；将第一导电物料和第二导电物料倒入溶有明胶的二甲基亚砜溶液中，高速搅拌40～60min后过滤，将过滤物分别用丙酮和乙醇洗涤1～3次，然后放入100℃的真空干燥箱中干燥4～6h，即得所述导电剂。优选的是，所述的锂-二硫化铁锂电池正极材料，还包括粘结剂，其包括重量比为3:1:1的丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和聚甲基丙烯酸。优选的是，所述的锂-二硫化铁锂电池正极材料，还包括分散剂，所述分散剂包括重量比为2:1的聚乙二醇和聚乙烯醇。优选的是，所述的锂-二硫化铁锂电池正极材料，还包括溶剂，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。优选的是，所述的锂-二硫化铁锂电池正极材料，所述正极活性物质、所述导电剂、所述粘结剂和所述分散剂的质量比90.8:3.1～4.5:3.1～4.5:0.9～1.5，所述溶剂与所述正极活性物质的质量比为2.5:1。优选的是，所述的锂-二硫化铁锂电池正极材料，所述碳纤维的制备方法为：按重量份数计，取30～40份乙酸木质素，20～28份的碱性木质素分别溶于100份的乙酸溶液中，配置第一溶液和第二溶液，向所述第一溶液中加入0.01～0.03份的金属镍，得第一纺丝液；所述第二溶液中加入0.01～0.03份的金属铜，得第二纺丝液；将所述第一纺丝液和所述第二纺丝液置于高压静电纺丝装置中，进行静电纺丝，得到第一纳米纤维和第二纳米纤维，将第一纳米纤维和第二纳米纤维混合放入马弗炉中进行预氧化，然后将预氧化后的纳米纤维混合物置氮气保护下升温至700℃，升温速率为100℃/h，碳化处理1h后冷却至室温，粉碎即得所述碳纤维。本专利技术至少包括以下有益效果：1、热处理会可通过除去二硫化铁中的水分以提高矿物中二硫化铁的含量，还可增大二硫化铁的比表面积，比表面积的增大可提高锂-二硫化铁锂电池的正极材料对电解液的吸收率，二硫化铁含量的增加和对电解液的吸收率的增大均可增大电池的放电容量，提升锂电池的性能，但是热处理会增大二硫化铁的堆积密度，温度越高堆积密度越大，堆积密度过大会导致活性物质与导电剂、粘结剂混合不均匀的问题；本专利技术将分离、提纯得到的二硫化铁分成三等份，对三等份进行不同温度的热处理，并对三等份热处理后的二硫化铁进行不同金属氧化物的包覆，三种不同改性处理的二硫化铁进行优劣互补，使制得活性物质能够降低电池的开路电压，使得电压平台更加平稳，大大增加了电池的放电容量，提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂‑二硫化铁锂电池正极材料，其特征在于，其包括改性的二硫化铁的正极活性物质，所述正极活性物质为掺杂有质量百分比为2％的氧化钛、4％的氧化镁和6％的氧化铜的二硫化铁，所述正极活性物质制备方法具体为：a)将从黄铁矿中分离提纯得到的二硫化铁均分为三等份，将三等份的二硫化铁分别放入温度为250℃、300℃和380℃的电热恒温鼓风干燥箱中，保存24h后取出冷却至室温，得第一份热处理二硫化铁、第二份热处理二硫化铁和第三份热处理二硫化铁，期间向三个干燥箱中均通入氮气；b)将第一份热处理二硫化铁分散于无水乙醇中球磨2～4h，然后放入70～80℃的真空干燥箱中烘干，然后将烘干物分散于去离子水中，并向其中加入金属盐四氯化钛溶液与氨水混合溶液，充分搅拌4～6h后过滤，收集第一滤渣并用无水乙醇洗涤1～3次，将洗涤后的第一滤渣放入70～80℃的真空干燥箱中烘干，然后在180～240℃的高温惰性气体中处理1～3h，得第一包覆二硫化铁；将第二份热处理二硫化铁分散于丙酮中球磨2～4h，然后放入70～80℃的真空干燥箱中烘干，然后将烘干物分散于去离子水中，并向其中加入金属盐氯化镁溶液与氨水混合溶液，充分搅拌4～6h后过滤，收集第二滤渣并用丙酮洗涤1～3次，将洗涤后的第二滤渣放入70～80℃的真空干燥箱中烘干，然后在240～280℃的高温惰性气体中处理1～3h，得第二包覆二硫化铁；将第三份热处理二硫化铁分散于二甲基甲酰胺中球磨2～4h，然后放入170～220℃的真空干燥箱中烘干，然后将烘干物分散于去离子水中，并向其中加入金属盐硫酸铜溶液与氨水，充分搅拌4～6h后过滤，收集第三滤渣并用无水乙醇洗涤1～3次，将洗涤后的第三滤渣放入170～220℃的真空干燥箱中烘干，然后在300～340℃的高温惰性气体中处理1～3h，得第三包覆二硫化铁；c)将所述第一包覆二硫化铁、所述第二包覆二硫化铁和所述第三包覆二硫化铁放入聚四氟乙烯的球磨罐中，向其中加入所述第一包覆二硫化铁3.2倍重量的无水乙醇球磨3～5h，然后将球磨罐中的物料置于真空干燥箱中，70～80℃下恒温2～4h，取出干燥物置于研磨钵中研磨成粉末，即得。...

【技术特征摘要】
1.一种锂-二硫化铁锂电池正极材料，其特征在于，其包括改性的二硫化铁的正极活性物质，所述正极活性物质为掺杂有质量百分比为2％的氧化钛、4％的氧化镁和6％的氧化铜的二硫化铁，所述正极活性物质制备方法具体为：a)将从黄铁矿中分离提纯得到的二硫化铁均分为三等份，将三等份的二硫化铁分别放入温度为250℃、300℃和380℃的电热恒温鼓风干燥箱中，保存24h后取出冷却至室温，得第一份热处理二硫化铁、第二份热处理二硫化铁和第三份热处理二硫化铁，期间向三个干燥箱中均通入氮气；b)将第一份热处理二硫化铁分散于无水乙醇中球磨2～4h，然后放入70～80℃的真空干燥箱中烘干，然后将烘干物分散于去离子水中，并向其中加入金属盐四氯化钛溶液与氨水混合溶液，充分搅拌4～6h后过滤，收集第一滤渣并用无水乙醇洗涤1～3次，将洗涤后的第一滤渣放入70～80℃的真空干燥箱中烘干，然后在180～240℃的高温惰性气体中处理1～3h，得第一包覆二硫化铁；将第二份热处理二硫化铁分散于丙酮中球磨2～4h，然后放入70～80℃的真空干燥箱中烘干，然后将烘干物分散于去离子水中，并向其中加入金属盐氯化镁溶液与氨水混合溶液，充分搅拌4～6h后过滤，收集第二滤渣并用丙酮洗涤1～3次，将洗涤后的第二滤渣放入70～80℃的真空干燥箱中烘干，然后在240～280℃的高温惰性气体中处理1～3h，得第二包覆二硫化铁；将第三份热处理二硫化铁分散于二甲基甲酰胺中球磨2～4h，然后放入170～220℃的真空干燥箱中烘干，然后将烘干物分散于去离子水中，并向其中加入金属盐硫酸铜溶液与氨水，充分搅拌4～6h后过滤，收集第三滤渣并用无水乙醇洗涤1～3次，将洗涤后的第三滤渣放入170～220℃的真空干燥箱中烘干，然后在300～340℃的高温惰性气体中处理1～3h，得第三包覆二硫化铁；c)将所述第一包覆二硫化铁、所述第二包覆二硫化铁和所述第三包覆二硫化铁放入聚四氟乙烯的球磨罐中，向其中加入所述第一包覆二硫化铁3.2倍重量的无水乙醇球磨3～5h，然后将球磨罐中的物料置于真空干燥箱中，70～80℃下恒温2～4h，取出干燥物置于研磨钵中研磨成粉末，即得。2.如权利要求1所述的锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：易鉴荣，唐臻，林荔珊，
申请(专利权)人：柳州豪祥特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45