[發明專利]一種用于鋰硫電池的負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201811042682.7
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109301183A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/052;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于鋰硫電池的技術領域，提供了一種用于鋰硫電池的負極材料的制備方法。該方法通過將碳硅合金納米線中的硅基材料刻蝕后在產生的空隙中生長單水氫氧化鋰，之后通過高溫熱處理發生碳熱還原反應，將氫氧化鋰煅燒生成的氧化鋰還原為金屬鋰，最后與鋰金屬電極進行復合，制得鋰硫電池的負極材料。與傳統方法相比，本發明的合成方法，制得的金屬鋰膜具有大量的缺陷和皺褶，膜材與電極結合后可以提高負極材料的比表面積，有利于充放電中形成的單質鋰在負極表面吸附和沉積，減少鋰枝晶的出現，從而提高了鋰硫電池的安全穩定性，同時制備工序簡單，非常適合于大規模工業化生產。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池的技術領域，提供了一種用于鋰硫電池的負極材料的制備方法。

背景技術

隨著社會的快速發展和能源結構變革，人類對能源儲存技術的需求愈發迫切。鋰離子電池憑借其高比能量的優勢，在過去的20年內迅速占領計算機、移動通訊和消費電子領域，成為決定各類電動車輛關鍵性能指標和制造成本的核心要素。近年來，鋰/硫電池以其較高的理論能量密度?（2600Wh/kg），成為最具發展潛力的高能化學電源體系。

鋰/硫電池主要是由金屬鋰負極、隔膜、電解液、碳硫復合正極、集流體、外殼構成。其工作原理與鋰離子電池卻截然不同：充電時，Li₂S電解生成長鏈多硫化鋰（Sn，n=2～8），Li+遷移至負極沉積為金屬鋰；放電時，Li⁺由負極向正極遷移，電子則通過外電路到達正極，長鏈多硫化鋰的S-S鍵斷裂形成硫化鋰。伴隨著S-S鍵的斷裂和生成，電能和化學能相互轉換。

鋰硫電池的安全性能較差，主要是因為負極的金屬鋰非常活波，極易與電解液發生反應，同時負極表面的鈍化層在充放電過程中會反復溶解、形成，鋰離子容易在負極表面沉積為鋰枝晶，刺穿隔膜造成安全隱患。目前對于負極材料的改進主要通過有機柔性保護膜在負極表面形成隔離層，用以抑制聚硫離子帶來的穿梭效應和負極表面鈍化。因此，通過對負極材料表面進行改性處理以降低鋰枝晶的形成具有十分重要的實際意義。

目前國內外在鋰硫電池技術，尤其是鋰硫電池負極材料表面改性方面已取得了一定成效。其中魏志凱等人發明了一種鋰金屬陽極表面石墨烯基保護層及相應鋰硫電池（中國發明專利申請號201610881442.0），通過原位的電化學反應在鋰硫電池的鋰金屬陽極表面構筑一層含石墨烯材料的復合保護層；制備保護層的所需的材料分為無機化合物和有機聚合物材料，該保護層中石墨烯的層狀堆疊結構可以抑制鋰陽極在反復沉積溶解過程中鋰枝晶的產生，而石墨烯片層間的無機成分通過浸潤電解液后同鋰陽極的原位電化學反應在石墨烯層間形成鋰離子通道，從而隔絕鋰陽極同電解液的接觸，起到保護負極的作用。另外，馮金奎等人發明了一種鋰硫電池負極的保護方法（中國發明專利申請號201610242471.2），將鋰片負極在含有雙鍵和或三鍵的有機化合物中進行浸泡預處理，以在其表面形成柔性的保護膜，以抑制聚硫離子與其反應所帶來的穿梭效應和負極表面鈍化；該發明與未進行鋰片預處理的空白鋰硫電池進行電化學性能對比，相比較，用含雙鍵有機化合物預處理鋰片負極后的鋰硫電池性能明顯上升。

可見，現有技術中的鋰硫電池負極材料的溶解?沉積反應導致負極的結構變化顯著，類似于金屬鋰電池中的負極問題也無法回避，表面容易產生鋰枝晶，進而導致鋰硫電池存在安全性和循環穩定性均較差的缺點，而目前的對于負極材料進行表面改性或保護的方法效果不理想。

發明內容

針對這種情況，我們提出一種用于鋰硫電池的負極材料的制備方法，可有效減少負極表面鋰枝晶的產生，并且所得鋰硫電池具有較好的安全穩定性。

為實現上述目的，本發明涉及的具體技術方案如下：

一種用于鋰硫電池的負極材料的制備方法，通過將碳硅合金納米線中的硅基材料刻蝕后在產生的空隙中生長單水氫氧化鋰，之后通過高溫熱處理發生碳熱還原反應，將氫氧化鋰煅燒生成的氧化鋰還原為金屬鋰，最后與鋰金屬電極進行復合，制得鋰硫電池的負極材料，制備的具體步驟如下：