[發明專利]一種硫化鋰/納米硅碳全電池及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201710712065.2
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107275571A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 胡曉喬;王韶峰;侯賢華
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M10/0585
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 裘暉,劉瑜

技術領域

本發明屬于能源新材料技術領域，特別涉及一種硫化鋰/納米硅碳全電池及其制備方法與應用。

背景技術

鋰離子電池技術被認為是最理想的綠色能源存儲與轉換技術之一。與鎳氫、鎳鉻等二次電池相比，鋰離子電池具有長壽命、高能量密度、沒有記憶效應等優點，已廣泛被應用于便攜式電子設備，通訊設備，以及電動汽車市場之中。其中，正極材料和負極材料的選擇對鋰離子電池性能起著至關重要的作用。

將鋰-硫作為鋰離子電池的正極材是近年來高容量鋰離子電池研究的熱點之一。與傳統鋰離子電池技術相比，鋰-硫電池在比容量、能量密度和功率密度等方面具有得天獨厚的優勢。此外，鋰-硫電池還具有電極材料來源豐富、成本低、對環境友好、電池安全性好等優點。鋰-硫電池正極材料硫化鋰的理論比容量為1160mA h/g，能夠提供約2V的放電平臺。將單質硫作為正極材料，可以與一般的鋰離子電池負極進行匹配，但是預鋰化麻煩、制備復雜。

負極材料的選取與制備也至關重要。目前使用的石墨負極材料存在較低的理論容量(372mA h/g)，且其容量的提升空間很小，遠不能滿足高容量鋰離子電池的時代需求。另外，硅基材料是近年來研究的較多的新型負極材料。單質硅材料因具有極高的理論比容量(4200mA h/g)而備受關注。但在嵌/脫鋰過程中表現出巨大的體積膨脹效應，使得材料結構易遭到破壞，進而引起首次效率和循環穩定性能較差。應對上述問題，常用的手段是將硅進行納米化、合金化和復合化，但是其工藝復雜，制備得到的電池存在不可逆容量大、導電性能差和循環穩定性差的問題。因此，提供一種制備工藝簡單、操作簡便，且首次充放電效率高、比容量高、循環性能好的的全電池工藝具有重要意義。

發明內容

本發明的首要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種硫化鋰/納米硅碳全電池的制備方法。

本發明的另一目的在于提供所述方法制備得到的硫化鋰/納米硅碳全電池。

本發明的又一目的在于提供所述硫化鋰/納米硅碳全電池的應用。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種硫化鋰/納米硅碳全電池的制備方法，包含如下步驟：

(1)將硫酸鋰分散到水中，得到溶液A，將有機碳源分散到極性有機溶劑中，得到溶液B，再將溶液A和溶液B混合均勻，得到混合溶液C；

(2)將步驟(1)中得到的混合溶液C進行干燥制粉，得到前驅體D；

(3)將步驟(2)中得到的前驅體D進行煅燒，得到碳包覆硫化鋰復合正極材料E；

(4)將納米硅分散到有機溶劑中，得到懸濁液F，將有機碳源分散到有機溶劑中，得到溶液G，將人造石墨分散到有機溶劑中，得到懸濁液H，再將懸濁液F、溶液G和懸濁液H混合均勻，得到混合液I；

(5)將步驟(4)中得到的混合液I進行干燥制粉，得到前驅體J；

(6)將步驟(5)中得到的前驅體J進行煅燒，得到碳包覆硅碳復合負極材料K；

(7)將步驟(3)中得到的碳包覆硫化鋰復合正極材料E、粘結劑和導電劑混合均勻后調成漿料，再涂覆在鋁箔上，干燥，輥壓，得到鋰-硫電池正極片；

(8)將步驟(6)中得到的碳包覆硅碳復合負極材料K、粘結劑和導電劑混合均勻后調成漿料，再涂覆在鋁箔上，干燥，輥壓，得到鋰-硫電池負極片；

(9)將步驟(7)中得到的鋰-硫電池正極片、隔膜、電解液和步驟(8)中得到的鋰-硫電池負極片進行封裝，得到硫化鋰/納米硅碳全電池。

步驟(1)中所述的水優選為去離子水。

步驟(1)中所述的極性有機溶劑為水或四氫呋喃。

所述的水優選為去離子水。

步驟(1)中所述的有機碳源為長鏈有機碳源；優選為蔗糖、葡萄糖、瀝青、和聚乙烯醇中的至少一種。

所述的聚乙烯醇優選為分子量20000的聚乙烯醇。

步驟(1)中所述的硫酸鋰和有機碳源的質量比優選為1：(7.0～7.5)。

步驟(1)中所述的分散優選為采用攪拌的方式進行分散。

所述的攪拌的條件為：400～2000r/min攪拌0.5～2h；攪拌的條件優選為：1500r/min攪拌0.5～1h。

步驟(2)中所述的干燥優選為采用閉式循環噴霧干燥機進行干燥。

所述的閉式循環噴霧干燥機為離心霧化器，其轉速為15000～40000r/min，進出口溫度分別為100～300℃和60～120℃，進料速度為10～20mL/min。

步驟(3)和步驟(6)中所述的煅燒優選為在惰性氣體保護下進行煅燒。