[發明專利]一種硫鋰電池及其正極改性材料

在審

• 申請號: 201710614645.8
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107403923A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 王月蘭
• 申請（專利權）人: 王月蘭
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M4/13;H01M4/139;H01M4/04;H01M10/052
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技術領域

本發明涉及一種硫鋰電池及其正極改性材料。

背景技術

鋰硫電池因其具有高理論能量密度、對環境污染小的優點近年來備受關注。但是目前研發出來的鋰硫電池還是存在一些缺陷，如，鋰硫電池在充放電過程中，會產生穿梭效應，造成活性物質的不可逆損失，導致電池容量衰減；同時鋰硫電池在充放電過程中，產生的多硫化鋰會在負極沉積，使得鋰負極有鋰枝晶生成，導致鋰硫電池的循環穩定性變差。

發明內容

本發明的目的就是提供一種硫鋰電池及其正極改性材料，其能夠在一定的程度上對上述缺陷進行克服，提高鋰硫電池正極材料的電化學性能，循環過程中放電容量衰減小。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案:

一種硫鋰電池，包括正極電極片、負極電極片、電池隔膜和電解液；

正極電極片制取方法為:將正極材料、導電劑、粘結劑、溶劑進行攪拌混勻制得混合漿料，然后將混合漿料均勻涂敷在鋁箔上面、真空干燥處理后制得正極電極片；

正極材料的制備方法為:將空心石墨烯球分散于無水乙醇中，加入鈦酸四丁酯反應，制得二氧化鈦包覆的空心石墨烯球，將二氧化鈦包覆的空心石墨烯球和硫粉先在球磨罐內球磨混合、然后進行熱熔摻硫處理制得正極材料。

進一步的方案為：

空心石墨烯球采用如下方法制取得到:配制氧化石墨烯水溶液，將二氧化硅超聲分散至溶劑A中配制成二氧化硅分散液，將配置好的氧化石墨烯水溶液和二氧化硅分散液混合并超聲分散處理得到混合液A，將混合液A在噴霧干燥設備中噴霧干燥得到材料A，然后將材料A倒入氫氟酸中浸泡脫除二氧化硅制得空心石墨烯球。

負極電極片為金屬鋰片，電池隔膜為聚丙烯多孔膜；電解液為1.0mol/L的LiTFSI(DOL/DME＝1:1)。

導電劑為乙炔黑、粘結劑為聚偏氟乙烯、溶劑為N-甲基吡咯烷酮，將正極材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯按質量比75:15:10的配比進行混合，N-甲基吡咯烷酮在混合漿料中的質量比為1wt％。

混合液A為去離子水、乙醇、乙二醇、正丁醇中的一種。

具體的方案為：

正極材料的制備方法為:將空心石墨烯球分散于無水乙醇中，然后加入鈦酸四丁酯進行反應，制得二氧化鈦包覆的空心石墨烯球，空心石墨烯球和鈦酸四丁酯取用的質量比為1:30，將二氧化鈦包覆的空心石墨烯球和硫粉按照1:5的質量比在球磨罐內球磨混合3h、將球磨后的混合物放入管式爐內氬氣氣氛中200℃熱處理10h制得正極材料。

空心石墨烯球采用如下方法制取得到:將氧化石墨烯溶于水配制成10mg/L的氧化石墨烯水溶液，將粒徑200nm的二氧化硅超聲分散至溶劑A中制得50mg/L二氧化硅分散液，將氧化石墨烯水溶液和二氧化硅分散液按照1:5體積比進行混合，50kHz超聲分散處理2h得到混合液A，將盛裝混合液A的桶體放置在恒溫磁力攪拌儀上，50℃恒溫對混合液A進行攪拌，將噴霧干燥機的進料管插至桶體內，啟動噴霧干燥機，調節進氣量為5m³/min，進氣溫度為200℃，混合液A的進料速度為5mL/min，通針速率為1次/10s，噴霧干燥制得材料A，將材料A在20％的氫氟酸中浸泡16h制得空心石墨烯球。

上述技術方案中，采用空心石墨烯球結構，使得硫能夠被完全包覆在空心石墨烯球內部，TiO₂包覆層對石墨烯的介孔孔道形成的封閉結構，使產生的多硫化鋰被正極材吸附料，提高鋰硫電池正極材料的電化學性能，提高硫鋰電池循環穩定性、減小放電容量的衰減。

具體實施方式

為了使本發明的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行具體說明。應當理解，以下文字僅僅用以描述本發明的一種或幾種具體的實施方式，并不對本發明具體請求的保護范圍進行嚴格限定。

下述各實施例中所用原料，如無特別說明，均通過商業途徑購買得到。

實施例1