[發明專利]一種鋰硫電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910173312.5
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN109755544B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 釗妍;王加義
• 申請（專利權）人: 肇慶市華師大光電產業研究院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司 12222
• 代理人: 楊秀偉

本發明涉及一種鋰硫電池正極材料及其制備方法，具體涉及一種硫?氧化鎳?硫化鎳復合鋰硫電池正極材料，制備過程為先制備氧化鎳雙層空心球，再將其部分硫化得到氧化鎳?硫化鎳復合物，隨后利用球磨和熱融法摻硫制備而成。本發明設計的材料具有雙層空心球結構，在高電流密度下獲得更高的比容量，氧化鎳雙層空心球由氧化鎳納米片組成，縮短了電子和電荷的傳輸路徑，緩解材料的膨脹，加之良好的機械性能使得該材料擁有良好的循環壽命。氧化鎳在應用過程中減少反應過程中活性物質的損失，加速表面氧化還原過程，從而提高Li?S電池的整體性能。

技術領域

本發明的技術方案涉及一種用于鋰硫電池正極材料及其制備方法，具體涉及一種硫-氧化鎳-硫化鎳復合鋰硫電池正極材料及其制備方法，屬于材料化學領域。

背景技術

隨著人類生活水平的不斷提高，生活和生產中的能源需求也迅速增加，而傳統的的化石資源不僅面臨日益枯竭的來源問題還會造成嚴重的環境污染問題，因此人們迫切需要找到新型的綠色、安全、低成本、高能量密度的能源來代替化石能源。鋰硫電池的中硫正極的理論比容量高達1675 mAh/g、鋰硫電池理論比能量高達2600 Wh/kg，能量密度為當前鋰離子電池的理論值的6倍。此外，硫單質作為工業生產中的副產物，具有環境友好、價格低廉易得等諸多優點。雖然鋰硫電池具有高能量密度和價格低廉等明顯優勢，但經過三十余年的研究發展仍沒有得到實際應用。

目前阻礙鋰硫電池實際應用的主要問題有：①硫單質在常溫下的電導率僅為5×10^-30S/cm，為典型的絕緣體。不能和導電網絡充分接觸的硫將不能得到有效利用，會造成活性物質利用率下降。②硫單質的密度為2.36 g/cm³，而放電產物Li₂S的密度僅為1.66 g/cm³，這意味著放電反應完成后正極活性物質會有明顯的體積收縮，體積收縮可能會導致活性物質從集流體上脫落甚至造成電池結構變形。③負極材料金屬鋰在充電過程中有可能會有鋰離子在電極表面不規則還原沉積形成枝狀結晶，枝晶的存在可能會穿透隔膜造成短路引發著火或爆炸危險。④嚴重的“穿梭效應”，即硫單質放電中間產物多硫化鋰Li₂S_n(n＝3～8)會在溶解在電解液并發生遷移，溶解到電解液中的多硫化鋰因不能和導電網絡接觸在充電時無法發生可逆電化學反應造成活性物質損失，而且遷移到負極表面的多硫化鋰會和鋰單質發生自放電反應同樣會對電池容量造成不可逆傷害。

發明內容

本發明針對現有鋰硫電池正極材料存在的載硫量低，穿梭效應明顯，循環穩定性差等問題，提供一種鋰硫電池正極材料及其制備方法。

本發明所采用的技術方案為，一種鋰硫電池正極材料，該材料基于氧化鎳雙層空心球，經過部分硫化后得到氧化鎳-硫化鎳復合物，再利用球磨和熱融法摻硫制得硫-氧化鎳-硫化鎳復合材料。

一種鋰硫電池正極材料的制備方法，具體步驟包括：

（1）制備氧化鎳雙層空心球：

將適量葡萄糖溶解去離子水中，置于反應釜中進行水熱反應，反應完成后隨室溫冷卻，將所得懸浮液離心收集產物，用去離子水洗滌三次后，60℃下干燥得到碳球粉末備用。將碳球粉末和醋酸鎳置于去離子水中超聲分散30～60min，在磁力攪拌1～2小時，隨后置于烘箱中60～80℃烘干將烘干所得產物置于管式爐中高溫煅燒后隨室溫冷卻。

（2）制備氧化鎳-硫化鎳復合材料：

將步驟（1）中制備的氧化鎳雙層空心球，硫化鈉和硫代乙醇酸置于去離子水中攪拌水浴加熱后離心收集產物，用去離子水洗滌三次，置于烘箱中60～80℃干燥12～24小時收集氧化鎳-硫化鎳復合材料。

（3）制備硫-氧化鎳-硫化鎳復合材料：