一种锂硫电池所需多硫化锂的制造工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池所需多硫化锂的制造工艺，在反应釜中，通过惰性气体的置换之后，合成原材料配方的摩尔比为N-甲基吡咯烷酮:硫氢化钠:氢氧化钠:无氧去离子水:氯化锂:升华硫＝4.4～5.4:1.0:1.03:0.3:1.001:4.0～6.0。经升温滤除去生成的氯化钠，滤液返回反应体系，加入升华硫，反应体系经升温保温的温度降到室温，同时在反应体系中析出浅黄白色固体粉末，过滤出浅黄白色固体析出物，并用无水酒精洗涤过滤，烘箱中干燥，得到可以用作锂硫电池所需的多硫化锂原材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工新材料领域，尤其是锂硫电池生产所用原料硫化锂制备。 技术背景 锂硫电池与现在市场比较主流的磷酸铁锂电池相比，有着许多明显优势。理论上锂硫电池的能量密度远远超过了绝大多数类型的动力电池。可以肯定的是，其最大能量密度理论上不会低于1000瓦时/公斤，而的磷酸铁锂电池的能量密度大多在100瓦时/公斤以下，并且提升的空间已经不大。显然，单从储能效率来看，锂硫电池更适合作为汽车动力电池和/或其他动力电池。 锂硫电池除了能量密度非常高外，还具有一些其他的优点，一方面，其生产成本比较低。由于锂硫电池主要采用硫和锂作为生产原材料，生产成本相对较低；另一方面，锂硫电池在使用后低毒，并且回收利用的能耗较小。 尽管与许多类型的动力电池相比，锂硫电池有着明显的优点，但是同样其也有存在一些不足之处。目前锂硫电池最大的劣势在于其循环利用次数比较低。因为硫化聚合物具有稳定性比较差的特性，所以当前锂硫电池的循环利用次数要远远低于普通的磷酸铁锂电池，这就极大的增加了锂硫电池的使用成本。可以说，只要锂硫电池的这一性能劣势得不到改变，那么其就很难大规模的推广使用。 尽管理论上锂硫电池的性能会非常先进，但是要将理论变为现实产品，难度非常大。 尤其是用作锂硫电池正极和/或电解液所需的多硫化锂材料的制备，由于硫化锂在空气中很容易被氧化，为此，给多硫化锂的制备造成很多技术上的困难，本专利技术为了解决这些问题，采用能够使多硫化锂溶解的N-甲基吡咯烷酮高温稳定溶剂，并采取相应的稳定保护措施，从而得到满意的锂硫电池正极和/或电解液所需的多硫化锂原材料。 到目前为止，在各种文献中还未完整的阐述多硫化锂的合成工艺，只是在一些文献中大致提及多硫化锂的制备是采用在乙醇或氨水为溶剂的条件下，直接加入硫化锂，并在温度为95℃的条件下，加入一定摩尔比的升华硫，并保温一定时间来合成多硫化锂，虽然该多硫化锂的合成工艺在化学合成工艺中是显得常见的工艺，但是，如果要合成纯度较高的多硫化锂，这种工艺就显示出很多难以解决的问题，本专利技术为了获得高纯度的多硫化锂，通过离子反应，同时合理利用化合物在同一种溶剂中的不同溶解度来合成高纯度的多硫化锂，其原因是硫化锂在空气中很容易被氧化，从而使其合成的多硫化锂很有的硫化锂氧化物相对于本专利技术的采用的工艺流程得到的多硫化锂氧化物多，为此，通过本专利技术的工艺流程来可以很容易的获得高纯度的多硫化锂，以保证提供锂硫电池电极或电解液甚至全固态电解质所需多硫化锂的高纯度。
技术实现思路
本专利技术的目的是研究一种锂硫电池所需多硫化锂材料的制造工艺，在不增加多硫化锂合成成本的前提下，通过合理选择工艺控制条件、原料、辅助材料来降低多硫化锂的合成成本，缩短多硫化锂的合成工艺流程，达到优化其电离解性能为最终目的。 本专利技术的目的是通过以下手段实现的。 一种锂硫电池所需多硫化锂的制造工艺，反应釜中，通过惰性气体的置换之后，加入溶剂和原材料，合成原材料配方的摩尔比为N-甲基吡咯烷酮:硫氢化钠:氢氧化钠:无氧去离子水:氯化锂:升华硫＝4.4～5.4:1.0:1.03:0.3:1.001:4.0～6.0；温度从室温加热到一定温度，保温一段时间，加入N-甲基吡咯烷酮，硫氢化钠，氢氧化钠，无氧去离子水和氯化锂进行反应；将反应体系中的水份除去，然后趁热过滤除去生成的氯化钠，滤液返回反应体系，在置换出反应体系中的空气之后，加入升华硫，升温度并保温一段时间，然后反应体系的温度降到室温，体系中析出浅黄白色固体粉末，过滤出浅黄白色固体，经用无水酒精洗涤过滤，最后置入真空烘箱中干燥后得到可以用作锂硫电池所需的多硫化锂原料。 其具体工艺如下: 1、用氮气将1L的316L不锈钢反应釜中的空气置换3～6次，在不断通入氮气的保护下，加入4.4～5.4molNMP，1.0mol硫氢化钠和1.03mol氢氧化钠，在120～180rpm搅拌条件下，缓慢的将反应系的温度升高到66～68℃，同时加入0.3mol去离子无氧水，然后加入1.001mol氯化锂，继续升高反应体系的温度到160～180℃，并在该温度条件下，使反应体系保温18～33min,直到反应体系中有细小的白色晶体析出时，同时将反应体系中的水份蒸发除去，并停止加热；其中氮气的流量为360～480ml/min； 2、将1)得到的无水反应体系在氮气的保护下,趁热过滤，将反应体系中的白色晶体过滤出来，滤液重新加入反应体系，加入配方中的升华硫和去离子无氧水，用氮气置换3～6次后，密闭反应体系，待温度上升到88～118℃，并在该温度条件下保温4～6h，直到反应体系中无升华硫粉末时，停止对反应体系加热，同时将反应体系的温度缓慢的降到室温，此时，反应体系中析出浅黄白色的固体粉末；其中反应釜的搅拌强度为280～330rpm； 3、将2)析出的浅黄白色固体粉末从反应体系中过滤出来，在氮气的保护下，用180～218ml无水酒精对浅黄白色固体粉末洗涤过滤3～6次，最后过滤出来的浅黄白色固体置入90～120℃的真空烘箱中干燥3～4h,这样就制得锂硫电池所需的多硫化锂固体；其中真空烘箱的真空度为0.088～0.093Mpa； 4、将3)得到的滤液在160～180℃进行减压蒸馏，蒸馏出来的无色NMP和水的混合物经过检验，重新再利用于多硫化锂合成，同时对NMP和水的损失给予补充，以保证合成体系的摩尔配比。 本专利技术的技术特点 1、本专利技术首先利用可以溶于NMP溶剂的氯化锂，它在NMP溶剂中的常温溶解度可以高达26g/100mlNMP,为了提高氯化锂的溶解度，需要对溶液体系进行加热升温，由于NMP在加热的空气中，会使之变色而发生氧化反应，因此，需要用惰性气体(如：氮气)对合成体系进行保护，以免造成其他副反应的发生，从而降低硫化锂和/或多硫化锂的纯度。 2、本专利技术其次利用非常普通的硫化钠工业原材料，它虽然在常温不溶于NMP溶剂，但是，在有无氧水存在的条件下，通过升温加热之后，通过硫化钠和氯化锂在其中发生离子反应，同时，在蒸发出其中的无氧水的条件下，合成硫化锂，由于氯化钠在150～160℃的NMP溶剂中的溶解度只有5mg/100mlNMP，硫化锂是溶于NMP溶剂的，为此，本专利技术充分利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硫电池所需多硫化锂的制造工艺，其特征在于，反应釜中，通过惰性气体的置换之后，加入溶剂和原材料，合成原材料配方的摩尔比为N‑甲基吡咯烷酮:硫氢化钠:氢氧化钠:无氧去离子水:氯化锂:升华硫＝4.4～5.4:1.0:1.03:0.3:1.001:4.0～6.0；温度从室温加热到一定温度，保温一段时间，加入N‑甲基吡咯烷酮，硫氢化钠，氢氧化钠，无氧去离子水和氯化锂进行反应；将反应体系中的水份除去，然后趁热过滤除去生成的氯化钠，滤液返回反应体系，在置换出反应体系中的空气之后，加入升华硫，升温度并保温一段时间，然后反应体系的温度降到室温，体系中析出浅黄白色固体粉末，过滤出浅黄白色固体，经用无水酒精洗涤过滤，最后置入真空烘箱中干燥后得到可以用作锂硫电池所需的多硫化锂原料。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池所需多硫化锂的制造工艺，其特征在于，反应釜中，通过惰
性气体的置换之后，加入溶剂和原材料，合成原材料配方的摩尔比为N-甲基吡
咯烷酮:硫氢化钠:氢氧化钠:无氧去离子水:氯化锂:升华硫＝4.4～
5.4:1.0:1.03:0.3:1.001:4.0～6.0；温度从室温加热到一定温度，保温一段
时间，加入N-甲基吡咯烷酮，硫氢化钠，氢氧化钠，无氧去离子水和氯化锂进
行反应；将反应体系中的水份除去，然后趁热过滤除去生成的氯化钠，滤液返
回反应体系，在置换出反应体系中的空气之后，加入升华硫，升温度并保温一
段时间，然后反应体系的温度降到室温，体系中析出浅黄白色固体粉末，过滤
出浅黄白色固体，经用无水酒精洗涤过滤，最后置入真空烘箱中干燥后得到可
以用作锂硫电池所需的多硫化锂原料。
2.根据权利要求1所述之锂硫电池所需多硫化锂的制造工艺，其特征在于，
包含如下具体工艺步骤:
1)用氮气将1L的316L不锈钢反应釜中的空气置换3～6次，在不断通入
氮气的保护下，加入4.4～5.4molNMP，1.0mol硫氢化钠和1.03mol氢氧化钠，
在120～180rpm搅拌条件下，缓慢的将反应系的温度升高到66～68℃，同时加
入0.3mol去离子无氧水，然后加入1.001mol氯化锂，继续升高反应体系的温
...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋大余，徐晨，李波，
申请(专利权)人：四川川为电子有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51