[發明專利]鋰硫電池用雙層多孔碳納米纖維的制備方法及利用其制備正極材料的方法

有效

• 申請號: 201710108104.8
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106848314B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 程博聞;康衛民;鄧南平;鞠敬鴿;莊旭品;李磊;趙義俠
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/62;B82Y40/00
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 劉美甜

本發明公開了一種鋰硫電池用雙層多孔碳納米纖維的制備方法及利用其制備正極材料的方法，雙層多孔碳納米纖維的制備方法的步驟為：1)利用氣流同軸電紡，將芯層紡絲液和皮層紡絲液同時從同軸靜電紡絲針頭中擠出，在高速氣流和靜電電壓的作用下，至接收網，得到初生纖維；2)將該初生纖維在空氣氛圍，200～400℃條件下保溫8～12h，然后在惰性氣體氛圍，800～1200℃條件下保溫8～12h；得到雙層多孔碳納米纖維。利用其制備正極材料的方法是先將該雙層多孔碳納米纖維用硝酸酸化，干燥，而后與納米硫、導電劑、粘合劑混勻，經抽濾、干燥得到鋰硫電池的正極材料。制得的正極材料存儲量大，能有效抑制“穿梭效應”。

技術領域

本發明涉及鋰硫電池制備領域，特別是涉及一種鋰硫電池用雙層多孔碳納米纖維的制備方法及利用其制備正極材料的方法。

背景技術

在各類電池中，鋰硫電池由于其成本低、對環境友好、具有高的理論比容量(1675mAh g^-1)和能量密度(2600Wh kg^-1)，已經受到了廣泛地關注。在這類電池系統中，電池在放電過程中，Li⁺從電池負極通過電池隔膜擴散到電池正極(主要成分由碳材料、單質硫、少量的粘合劑和導電劑等組成)，并且和正極材料中的硫發生反應。與此同時，移動的電子通過外部電路傳遞電能。在充電過程中，Li⁺和電子通過相反的方向返回到電池負極，且電池通過電能轉化來存儲化學能。

盡管鋰硫電池具有上述諸多優點，但是目前該類電池在充放電過程中具有十分嚴重的“穿梭效應”，從而使得其電池比容量下降十分迅速，導致電池應用性能急劇下降。所謂“穿梭效應”是指在電池放電過程中，硫單質被還原成長鏈的多硫化物，并且從電池正極擴散到電池負極，在負極與鋰發生一系列反應。在這個過程中，由于多硫化物的穿梭，一系列副反應在電池正負極之間發生，這樣就使得活性物質急劇地減少；同時副反應將使得電池負極的多硫化物和鋰的活性降低，而在負極表面所覆蓋的Li₂S₂和Li₂S將使得電池負極發生嚴重的極化現象。