[發明專利]一種高能量密度鋰硫電池正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201611265503.7
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106784637B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 梅慶波;韓彪
• 申請（專利權）人: 江蘇德納化學股份有限公司
• 主分類號: H01M4/1397
• 分類號: H01M4/1397;H01M4/62
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 王曉東

本發明公開了一種高能量密度鋰硫電池正極材料的制備方法，屬于鋰硫電池正極材料制備技術領域。本發明通過鹽酸與硫代硫酸鈉反應制備納米硫，通過二氧化硅包覆納米硫并制備微球，將制備的微球負載至聚氨酯泡沫材料中，隨后鍍銅制備泡沫銅材料，通過泡沫銅與升華硫煅燒過程中，將內部納米硫單質熔融填充內部泡沫銅孔隙，與外部升華硫煅燒同時產生貫通，有效增強單質硫負載量，提高鋰硫電池能量密度，具有優異的穩定性和循環壽命，且本發明制備的高能量密度鋰硫電池正極材料在循環過程中可迅速活化，有效提升電池的循環和倍率性能。

技術領域

本發明公開了一種高能量密度鋰硫電池正極材料的制備方法，屬于鋰硫電池正極材料制備技術領域。

背景技術

鋰離子電池與傳統的商業電源比如：鎳鉻電池、鎳氫電池等相比適應了當下電子科技快速發展的要求，具有較高的工作電壓高，循環使用壽命比較長，且環保無污染等優點。然而，伴隨著移動電子設備和新能源汽車快速發展，對儲能設備的比能量和比功率的要求越來越高。但是目前商業化的鋰離子電池正極材料如磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、鈷酸鋰等材料受到理論比容量的限制，進一步提升能量密度已非常困難。因此，研發更高比能和更低成本的新一代電化學體系，已經十分必要。鋰硫電池是鋰離子電池的一中，以單質硫作為一種基于轉換反應而非嵌入脫出反應正極電極材料，硫與鋰完全反應生成硫化鋰時，電池的理論放電比能量高達2600Wh/kg，其理論比容量高達1673mAh/g，這遠遠高于磷酸鐵鋰等正極材料。因此引起了人們廣泛關注和研究。鋰硫電池作為一種具有潛力的新型二次電池目前仍然沒有商業化，主要是由于鋰硫電池仍然面臨著活性物質利用率低和循環壽命短的問題。究其原因，主要是單質硫的電子和離子絕緣性以及單質硫的放電產物多硫化物易溶解于電解液造成的。

為了克服上述問題，提升鋰硫電池的性能，人們將單質硫與各種微孔/介孔炭材料和導電聚合物材料復合，以增強單質硫的電導性，同時抑制多硫化物的溶解；或者采用導電聚合物包覆以達到上述目的；或者在正極復合材料中加入無機氧化物作為吸附劑吸附多硫化物于正極中。經過多年的研究，鋰硫電池的比容量和循環性能有了很大提升。然而，采用上述孔束縛、包覆或者吸附的策略，主要是通過物理作用實現的，對多硫化物的作用力是有限的；同時，高的比容量和循環壽命的獲得多數是以大量添加基體材料如多孔炭等實現的，使得正極材料中活性物質單質硫的含量較低，造成了鋰硫電池正極中單質硫的負載量低于1.0mg，這樣鋰硫電池的能量密度仍然較低，不利于實用化。因此，尋求對單質硫的導電性具有更好改善作用、對多硫化物具有更強束縛作用同時能負載更多活性物質的材料和方法顯得尤為重要。

發明內容

本發明主要解決的技術問題：針對現有鋰硫電池鋰硫電池正極中，單質硫的負載量通過孔束縛、包覆或者吸附等進行改性，導致鋰硫電池的能量密度較低，實用性能較差的問題，提供了一種以納米單質硫制備改性微球，通過微球填充在鋰硫電池內部，與外部孔隙負載硫相結合，通過煅燒形成高負載率的鋰硫電池正極材料的方法，本發明通過鹽酸與硫代硫酸鈉反應制備納米硫，通過二氧化硅包覆納米硫并制備微球，將制備的微球負載至聚氨酯泡沫材料中，隨后鍍銅制備泡沫銅材料，通過泡沫銅與升華硫煅燒過程中，將內部納米硫單質熔融填充內部泡沫銅孔隙，與外部升華硫煅燒同時產生貫通，有效增強單質硫負載量，提高鋰硫電池能量密度，具有廣闊的使用前景。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

（1）按重量份數計，分別稱量45～50份質量分數5%聚乙烯醇溶液、15～20份硫代硫酸鈉和15～20份10mol/L鹽酸置于燒杯中，攪拌混合并置于200～300W下超聲分散10～15min，隨后靜置陳化3～5h，過濾收集濾餅并用去離子水洗滌3～5次，收集得水洗濾餅，按重量份數計，分別稱量45～50份去離子水、10～15份無水乙醇、3～5份聚乙烯醇和5～8份水洗濾餅，在200～300W下超聲分散10～15min，制備得改性分散液；