本发明专利技术公开了一种锂硫电池正极材料的制造方法，将聚丙烯腈树脂微粉和硅藻土以质量比38～41:62～59，经前期处理后置于经过氮气置换的高温炉中，在适当抽取真空的条件下，使块状粘胶泥成为只含有碳化硅成份的块状硅藻土。然后将多硫化锂溶于NMP含多硫化锂28～33％wt的NMP溶液中浸渍33～38min，取出后，再将含有多硫化锂和NMP溶剂的块状硅藻土置于经过氮气置换的另一高温炉中，经多次的浸渍和高温蒸获得含有多硫化锂18～21％wt的锂硫电池正极材料，本发明专利技术制备方法简单、成本低，制备的锂硫电池正极材料具有高容纳硫的能力、较高离子传输能力和导电性能，能提高锂硫电池的高倍率性能和高循环性能。
【技术实现步骤摘要】
所属领域本专利技术涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法，属于新能源领域。
技术介绍
随着人类社会的发展，能源短缺、环境污染等问题的日益突出，人们对化学电源的认识和要求也越来越高，促使人们不断探索新的化学电源为主的能量储存系统。近几十年来，以金属锂为基础的电池引领了高性能化学电源的发展方向。随着锂离子电池的成功商业化，世界各国都在加紧开展车用锂离子动力电池的研究。但由于能量密度、安全性、价格等因素，常规锂离子电池如钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂电池作为动力源无法满足电动汽车的要求。锂硫电池是极具发展潜力和应用前景的高能量密度二次电池。它具有高比容量和高能量密度以外，硫作为正极活性物质在来源、成本和环境友好方面表现出不可比拟的优势，目前，锂硫电池存在循环性能差、倍率性能需要进一步提高等问题。而锂硫电池存在的两个主要的问题在于一方面活性物质硫材料本身和最终放电产物Li2S是电子和离子的绝缘体；另一方面，放电过程中的中间产物多硫化物易溶解于电解液中，这些会造成活性物质的不可逆损失和容量衰减。为此，如何抑制多硫化物的扩散、提高硫正极循环过程中的导电性是硫基正极材料的研究重点。近几年学术界主要围绕抑制多硫化物扩散和改善正极材料导电性两个方面开展研究。在材料结构上，首先考虑是将单质硫吸附在多孔材料骨架上，例如将多孔炭如活性炭、碳纳米管、石墨烯等碳材料与硫复合，防止反应过程生产的多硫化合物溶解到电解液中，通过电解液扩散，这样有助于减少穿梭效应和自放电现象。这些新型材料结构或多或少提高了电极的循环稳定性。但传统的多孔炭材料一般比表面积较小，孔径尺寸单一，结构一致性差、孔径难以调控，材料的吸附活性物质硫能力有限，造成制备的复合正极材料中的硫含量较低、分布不均匀，导电性能差，装配成电池循环数圈后，仍然有大量活性物质会从炭结构孔道中溶解，造成活性物质的损失，锂硫电池能量密度很难进一步提高。本领域迫切需要开发一种兼具良好的导电性和层次孔结构的锂硫电池用正极材料，抑制多硫化物的扩散、提高硫正极循环过程中的导电性，进而提高正极材料的离子传输能力和导电性，可有效降低充放电极化，减小电池内阻，提高锂硫电池的大倍率性。在中国专利号码No:02125137.1中介绍了一种采用在含硫化合物锂硫电池正极材料的表面涂覆一层表面钝化材料，其目的是降低含硫化合物在充放电过程中硫的损失，但是由于所涂覆的表面钝化层是一些Mg、Na、Ca、S1、T1、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr等化学元素的碳酸盐或羟基碳酸盐，会造成该电极材料的导电性降低。在中国专利号码No: 1143369.8中介绍一种采用含硫化合物以及导电剂和粘合剂等几种原材料来制备锂硫电池的正极材料，由于导电剂是金属材料的成型材料，同时粘合剂的影响，使其锂硫电池正极材料的导电性会受到相应的影响。在中国专利申请号码No:201310418375.5中介绍了一种无机电解质的制造工艺，其中应用了硅藻土来作为一种电解质的支撑材料，其中采用聚硅氧烷有机硅树脂，和硅藻土一起来制备可以吸附电解质物质的材料，但是，由于在制备碳化硅的过程中会受到聚硅氧烷树脂分子链的影响，会造成其空隙率下降。鉴于现有技术的以上缺点，本专利技术的目的是克服目前锂硫电池正极材料的不足，一方面采用充放电性能优异的多硫化锂，另一方面采用含有碳的硅藻土，使多硫化锂溶液很容易的吸附于其中，为了提高锂盐在硅藻土中的分散性，进而提高固体电解质的电容量和充放电速率，同时采用聚丙烯腈树脂这种聚合物来制备导电载体，降低锂盐离解后锂离子和阴离子在电压的作用下移动的阻碍，从而提高该锂硫电池正极材料的导电率。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的多孔炭和硫复合得到的正极材料因存在吸附活性物质硫能力有限、导电性能差的问题而使其在电池中的应用受到局限，目的是在于提供一种能提闻裡硫电池的闻能倍率性能和闻循环性能的裡硫电池正极材料。本专利技术的目的是通过以下手段实现的。，其特征在于，将聚丙烯腈树脂微粉和硅藻土以质量比38?41:62?59，加入高速混合搅拌器中，再加入28?33% wt/硅藻土的NMP溶剂，在充分搅拌的条件下，均匀混合成粘度为13800?19600pa.s的粘胶泥，然后将粘胶泥根据锂硫电池正极材料的需要制作成相应形状的块状材料，将块状材料置于经过氮气置换的高温炉中，在适当抽取真空的条件下，使块状粘胶泥成为只含有碳化硅成份的块状硅藻土 ；然后将其置于含多硫化锂28?33% wt的NMP溶液中，浸溃33?38min，取出后，将含有多硫化锂和NMP溶剂的块状硅藻土置于经过氮气置换的高温炉中，在适当抽取真空的条件下，使块状硅藻土中的NMP溶剂充分挥发出来，这样反复3?6次的浸溃和高温蒸发出NMP，使块状硅藻土中含有多硫化锂18?21% wt的锂硫电池正极材料。其具体步骤包括:I)在IL的316L不锈钢反应釜中，在不断通入360?480ml/min氮气的保护下，力口入5.4?8.8mol电子级NMP，1.0mol硫氢化钠和1.003mol氢氧化钠，在160?190rpm揽拌条件下，缓慢的将反应系的温度升高到86?88°C，同时加入0.4mol去离子无氧水，然后加入1.0Olmol氯化锂，继续升高反应体系的温度到170?190°C，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；2)将I)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，待温度上升到88?118°C，并在该温度条件下回流保温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，反应体系中析出少量浅黄色或白色的固体粉末；其中反应釜的搅拌强度为280?330rpm ；3)将2)析出的浅黄色或白色固体粉末从反应体系中过滤出来，含有多硫化锂的纯度为99.991% wt的滤液待用；4)按配方中的聚丙烯腈树脂微粉粉末与硅藻土，再加入28?33% wt/硅藻土的电子级NMP溶剂，在充分搅拌的条件下，均匀混合成粘度为13800?19600pa.s的粘胶泥，经过高速搅拌机充分混合均勻后，压成180?810 μ m厚的薄片，并在薄片中预埋80?330 μ m铜片；5)将4)得到的成型硅藻土粘胶泥置入280?380 °C的高温炉中，在负压为0.088?0.09IMpa的条件下，处理16?38min，使硅藻土定型，然后小心抽出铜片；6)、将5)所得薄片置入1280?1380°C的高温炉中，在负压为0.098?0.0999Mpa的条件下，处理81?88min，在无水蒸气的常温空气室冷却至常温；以脱出聚丙烯腈树脂分子链上的氢、氧原子；制得孔隙率为81?88%，孔径为3?5um结构含有碳化硅的硅藻土薄片；7)、将6)得到的薄片置入3)含多硫化锂28?33% wt的NMP溶液中，经过浸溃33?38min取出后，将含有多硫化锂和NMP溶剂的块状硅藻土置于经过氮气置换3?6次的另一温度为280?300°C的高温炉中，在适当抽取负压为0.068?0.088Mpa的真空的条件下，处理时间为36?48min后，经无水蒸气的常温本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂硫电池正极材料的制造方法，其特征在于，将聚丙烯腈树脂微粉和硅藻土以质量比38～41:62～59，加入高速混合搅拌器中，再加入28～33％wt/硅藻土的NMP溶剂，在充分搅拌的条件下，均匀混合成粘度为13800～19600pa.s的粘胶泥，然后将粘胶泥根据锂硫电池正极材料的需要制作成相应形状的块状材料，将块状材料置于经过氮气置换的高温炉中，在适当抽取真空的条件下，使块状粘胶泥成为只含有碳化硅成份的块状硅藻土；然后将其置于含多硫化锂28～33％wt的NMP溶液中，浸渍33～38min，取出后，将含有多硫化锂和NMP溶剂的块状硅藻土置于经过氮气置换的高温炉中，在适当抽取真空的条件下，使块状硅藻土中的NMP溶剂充分挥发出来，这样反复3～6次的浸渍和高温蒸发出NMP，使块状硅藻土中含有多硫化锂18～21％wt的锂硫电池正极材料。
【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极材料的制造方法，其特征在于，将聚丙烯腈树脂微粉和硅藻土以质量比38~41:62~59，加入高速混合搅拌器中，再加入28~33% wt/硅藻土的NMP溶剂，在充分搅拌的条件下，均匀混合成粘度为13800~19600pa.s的粘胶泥，然后将粘胶泥根据锂硫电池正极材料的需要制作成相应形状的块状材料，将块状材料置于经过氮气置换的高温炉中，在适当抽取真空的条件下，使块状粘胶泥成为只含有碳化硅成份的块状硅藻土 ；然后将其置于含多硫化锂28~33% wt的NMP溶液中，浸溃33~38min，取出后，将含有多硫化锂和NMP溶剂的块状硅藻土置于经过氮气置换的高温炉中，在适当抽取真空的条件下，使块状硅藻土中的NMP溶剂充分挥发出来，这样反复3~6次的浸溃和高温蒸发出NMP，使块状硅藻土中含有多硫化锂18~21% wt的锂硫电池正极材料。2.根据权利要求1所述之锂硫电池正极材料的制造方法，其特征在于，包含如下具体制造工艺: .1)在IL的316L不锈钢反应釜中，在不断通入360~480ml/min氮气的保护下，加入5.4~8.8molNMP, 1.0mol硫氢化钠和1.003mol氢氧化钠，在160~190rpm揽拌条件下，缓慢的将反应系的温度升高到86~88°C，同时加入0.4mol去离子无氧水，然后加入.1.0Olmol氯化锂，继续升高反应体系的温度到170~190°C，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； .2)将I)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，待温度上升到.88~118°C，并在该温度条件下回流保温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，反应体系中析出少量浅黄色或白色的固体粉末；其中反应釜的搅拌强度为280~330rpm ； . 3)将2)析出的浅黄色或白色固体粉末从反应...
【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：宋大余，
类型：发明
国别省市：四川;51
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