[發(fā)明專利]碳包覆硫化鋰納米晶體復(fù)合材料、其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610224534.1
• 申請日: 2016-04-12
• 公開（公告）號: CN107293704B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡晨吉;陳宏偉;盧威;吳曉東;陳立桅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/136;H01M4/1397;H01M10/052
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發(fā)明公開了一種碳包覆硫化鋰納米晶體復(fù)合材料、其制備方法與應(yīng)用。所述碳包覆硫化鋰納米晶體復(fù)合材料的制備方法包括：提供硫化鋰溶液和高分子溶液，再將硫化鋰溶液和高分子溶液混合制得復(fù)合物粉體，之后進(jìn)行煅燒，獲得所述碳包覆硫化鋰納米晶體復(fù)合材料。本發(fā)明的方法簡單有效，條件溫和，可以高效制備出粒徑在5nm左右且包裹在碳材料內(nèi)的硫化鋰納米晶體，此種材料可以顯著降低硫化鋰正極材料首次充電所需要克服的能壘、提高正極材料的導(dǎo)電率并且極大提升電池的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種碳包覆硫化鋰納米晶體復(fù)合材料、其制備方法與應(yīng)用，屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著傳統(tǒng)資源和能源日益緊缺、環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，開發(fā)新的能源儲存及轉(zhuǎn)換技術(shù)已經(jīng)成為各國的能源戰(zhàn)略重點。其中，鋰硫電池是極具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的高能量密度二次電池。它以硫做為主要正極活性物質(zhì)，具有高比容量(1675mAh/g)和高能量密度(2600Wh/kg)，實際能量密度也已經(jīng)能達(dá)到400Wh/kg，同時硫具有廉價而無毒的特點，因此鋰硫電池正日益受到關(guān)注。

從1960年至今，鋰硫電池正極材料主要分為以下三類：單質(zhì)硫、硫化鋰和有機(jī)硫，而硫化鋰由于其可以實現(xiàn)無鋰負(fù)極匹配，可以提升電池安全性能從而備受關(guān)注。但是由于硫化鋰是一種電子和離子的絕緣體，如何讓硫化鋰得到電子而充分反應(yīng)就成為了問題，目前一般都是通過添加導(dǎo)電添加劑使之與硫化鋰顆粒實現(xiàn)電接觸進(jìn)行的。從納米科學(xué)的角度考慮，如果硫化鋰顆粒越小，則比表面積越大，與導(dǎo)電成分接觸越充分，電子在硫化鋰顆粒中的運(yùn)動距離越短，硫化鋰的利用率將得到提高，因此制備硫化鋰的納米顆粒是解決硫化鋰低的電子電導(dǎo)的有效手段。另外硫化鋰作為硫的還原態(tài)，在首次充電的時候需要克服一個大約1V的勢壘，而此勢壘隨著硫化鋰顆粒的降低而降低，因此硫化鋰的納米化顯得更加重要。

但是，現(xiàn)有的硫化鋰納米化工藝復(fù)雜，不容易重復(fù)，特別是其中的液相方法所得硫化鋰顆粒的粒度偏大，產(chǎn)生這種情況原因是物料微觀混合差，發(fā)生沉淀反應(yīng)時成核量小，成核不均勻，直接影響了硫化鋰顆粒的粒度，且鋰硫電池中存在另一個問題，即電池充放電過程中硫形成多硫化物并大量溶解于電解液中，造成電池性能下降。

另一方面，雖然硫化鋰的納米化能在一定程度上解決硫的弱導(dǎo)電性缺陷，但是在鋰硫電池中還存在另外的一些問題，例如，電池充放電過程中硫形成多硫化物并大量溶解于電解液中，造成電池性能下降。因此，利用有機(jī)或無機(jī)材料對含硫材料進(jìn)行表面包覆以防止多硫化物溶出是鋰硫電池研究生產(chǎn)另外一個關(guān)鍵的工作。例如，有研究人員利用聚吡咯包覆硫化鋰顆粒制備了硫化鋰正極。又如，還有研究人員利用N摻雜石墨烯和硫化鋰復(fù)合形成硫化鋰和碳的復(fù)合物正極材料。這些方案均可以不同程度的提高鋰硫電池的性能，然而其無法解決硫化鋰正極材料首次充電的勢壘問題，首次充電的極化現(xiàn)象仍非常嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種碳包覆硫化鋰納米晶體復(fù)合材料、其制備方法與應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實施例提供了一種碳包覆硫化鋰納米晶體復(fù)合材料的制備方法，其包括：

(1)將硫化鋰溶解在第一溶劑中形成硫化鋰溶液，以及將高分子材料溶解在第二溶劑中形成高分子溶液，所述第一溶劑與第二溶劑互溶，且室溫下硫化鋰在第二溶劑中的溶解度小于在第一溶劑中的溶解度，同時第二溶劑的沸點高于第一溶劑；

(2)在使所述高分子溶液保持被持續(xù)強(qiáng)烈擾動的狀態(tài)下，將所述硫化鋰溶液分批加入所述高分子溶液，形成均勻分散液；

(3)保持使所述均勻分散液被擾動的狀態(tài)，并通過加熱方式除去所述分散液內(nèi)的溶劑，形成聚合物包覆硫化鋰納米顆粒的復(fù)合物粉體；

(4)將所述聚合物包覆硫化鋰納米顆粒的復(fù)合物粉體在保護(hù)性氣氛中煅燒，獲得所述碳包覆硫化鋰納米晶體復(fù)合材料。