锂电池、锂电池薄膜正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池、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。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
锂电池、锂电池薄膜正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004](一)专利技术目的
[0005]本专利技术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。
[0006](二)技术方案
[0007]为解决上述问题，本专利技术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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]优选的，所述复合材料中氟化亚铁颗粒大小为50～100nm。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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％。
[0014]优选的，所述复合材料与所述PEO溶液中PEO和LiTFSI的总质量比为2:100～3:100，所述复合材料与导电剂质量比为1:1～1:1.5。
[0015]优选的，所述复合材料的浆料浇筑于容器上，经干燥处理，裁片。
[0016]本专利技术的第二方面提供了一种锂电池薄膜正极材料，根据所述的锂电池薄膜正极材料的制备方法制备得到。
[0017]优选的，锂电池薄膜正极材料裁片制成正极极片，所述正极极片直径为8～12mm，厚度为80um～200um，面载量为0.4mg/cm2～0.5mg/cm2。
[0018]本专利技术的第三方面提供了一种锂电池，包括所述的锂电池薄膜正极材料。
[0019](三)有益效果
[0020]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0021]1、本专利技术提供的锂电池薄膜正极材料的制备方法，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；而且可提高氟化亚铁材料的导电性，由于附着在碳纤维上，体积形变也得到了明显的改善。
[0022]2、本专利技术提供的锂电池薄膜正极材料的制备方法，既能够提高正极材料的导电性，又能有效改善氟化亚铁正极在循环过程中体积膨胀问题，抑制了正极材料的溶解，同时又能应用在固态电解质中，与固态电解质融合形成一个快速的离子通道，从而可提高正极材料的循环稳定性，最终提高正极材料的电化学性能。
[0023]3、本专利技术提供的锂电池薄膜正极材料的制备方法，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。
附图说明
[0024]图1是本专利技术提供的一种锂电池薄膜正极材料的制备方法的流程图；
[0025]图2是本专利技术提供的复合材料的扫描电子显微镜图；
[0026]图3是本专利技术提供的一种薄膜正极极片的断面的扫描电子显微镜图；
[0027]图4是本专利技术提供的一种薄膜正极极片的表面的扫描电子显微镜图；
[0028]图5是本专利技术提供的一种薄膜正极材料的X射线衍射图；
[0029]图6是本专利技术提供的一种薄膜正极材料的电化学性能图。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，结合附图对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术
的概念。
[0031]本专利技术的第一方面提供了一种锂电池薄膜正极材料的制备方法，如图1所示，包括：
[0032]步骤S10: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；
[0033]步骤S20: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。
[0034]导电剂可采用石墨炭黑导电剂(SP)，高的含导电碳黑比有利于提高薄膜正极导电性，更高的电子电导率有利于薄膜正极材料充放电过程中电子的传输，能有效提高氟化亚铁(FeF2)的容量释放。通过将FeF2与碳纤维(CF)球磨混合，氟化亚铁正极材料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；而且可提高FeF2材料的导电性，由于附着在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池薄膜正极材料的制备方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的锂电池薄膜正极材料的制备方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1或2所述的锂电池薄膜正极材料的制备方法，其特征在于，所述PEO溶液的溶剂为乙腈；将所述复合材料、导电剂和PEO溶液混合包括：将所述复合材料与导电剂混合粉末放入所述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。4.根据权利要求1所述的锂电池薄膜正极材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料中氟化亚铁颗粒大小为50～100nm。5.根据权利要求1所述的锂电池薄膜正极材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料中氟化亚铁与碳纤维质量比为9:1～7:1。6.根据权利要求3所述的锂电池薄膜正极材料的制备方法，其特征在于，将所述复合材料与导电剂混合后加入到所述PEO溶液中，在磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建宇，贺云飞，黄俏，李帅，刘双旭，唐亮，郑传佐，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：