一种锂硫电池正极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电极材料领域，具体涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法和应用。该锂硫电池正极材料为硫酸钡包覆硫的复合材料，通过硫酸钡对硫正极材料的包覆，有效提高了正极材料的离子导电率；制备工艺中，使用软模板法制备锂硫正极材料，不需要高温与高压，在乳化过程中通过调节乳液的组成可以控制颗粒大小，形成均匀分散的硫酸钡包覆硫结构，有效提高了锂硫电池电化学性能。

Lithium sulfur battery positive electrode material, preparation method and application thereof

The invention belongs to the field of electrode materials, in particular to a lithium sulfur battery positive electrode material, a preparation method and an application thereof. The lithium sulfur battery cathode material is a composite material of barium sulfate coated by barium sulfate sulfur, sulfur cathode materials for coating, effectively improve the ionic conductivity of cathode material; preparation process, preparation of lithium sulfur cathode material by soft template method, does not need high temperature and high pressure in the dairy process by regulating the composition the emulsion can control the particle size, the formation of barium sulfate dispersed sulfur coated structure, effectively improve the electrochemical performance of lithium sulfur batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池正极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于电极材料领域，具体涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂硫电池凭借其高能量密度、无污染、成本低等优势，成为未来动力电池的最佳选择之一。早在1962年，Herbet等人首次提出利用元素硫作为新的正极材料这一概念。硫具有理论比容量高、储存量丰富、成本低等优点。但是硫存在以下缺点：离子导电性能较差，不利于电池的高倍率性能；在充放电过程中，体积变化较大，容易造成电池损坏；充放电过程中形成易溶于电解液的多硫化物；易升华。
技术实现思路
本专利技术基于以上技术问题，提供了一种锂硫电池正极材料及其制备方法和应用，该锂硫电池正极材料为硫酸钡包覆硫的复合材料，其制备方法优选为：(1)将油相、表面活性剂、助表面活性剂充分混合乳化，其中，油相为环己烷、苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、辛烷、氯苯、二氯苯、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙酸乙酯、氯酚中的一种或几种的混合，表面活性剂为曲拉通X-100、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇醚羧酸盐、烷基多苷、醇醚磷酸单酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、辛基苯基聚氧乙烯醚、乙二醇丁醚醋酸酯、十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠、α-烯基磺酸钠、仲烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯、羟基合成醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基二甲基氧化胺、十六烷基三甲基氯化铵、二硬脂基羟乙基甲基硫酸甲脂铵、硬脂酸甘油酯中的一种或几种的混合，助表面活性剂为乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、1-己醇、2-己醇、1-辛醇、2-辛醇、杂醇油、对壬基酚中的一种或几种的混合；(2)向步骤(1)的体系中加入硫源、硫酸或硫酸盐、钡盐，反应形成稳定的水包油结构，硫源为单质硫、硫代硫酸盐、碱金属或碱土金属的硫化物及多硫化物中的一种或几种的混合，钡盐为硝酸钡、氯化钡、醋酸钡、硫酸钡、碳酸钡中的一种或几种的混合；(3)对步骤(2)反应后的产物过滤、洗涤、干燥，最终得到硫酸钡包覆硫的复合材料。本专利技术还提供了一种上述锂硫电池正极材料的应用，即将该正极材料用于锂离子电池中。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过硫酸钡对硫正极材料的包覆，有效提高了正极材料的离子导电率。制备工艺中，使用软模板法制备锂硫正极材料，不需要高温与高压，减少了硫在高温下容易升华的问题，使得硫包覆量增大，提高容量性能；在乳化过程中通过调节乳液的组成可以控制颗粒大小，从而控制了产品的粒径、尺寸以及分散性，形成均匀分散的硫酸钡包覆硫结构，有效提高了锂硫电池电化学性能。附图说明图1为实施例1制得的电池在0.1C倍率下的充放电曲线图，图中，中间的两条曲线为第1次的充放电曲线，上下两端的两条曲线为第100次的充放电曲线。图2为对比实施例1制得的电池在0.1C倍率下的充放电曲线图。具体实施方式以下各实施例的操作都是在常温(25℃)下进行。实施例11、硫酸钡包覆硫的复合材料的制备(1)量取64.68ml环己烷、10.92ml曲拉通X-100、8.4ml的1-己醇放入磁力搅拌器上充分混合呈透明乳液；(2)向步骤(1)中所得的透明乳液中加入2.9ml均匀的单质硫超声水分散液(单质硫与分散液的重量比为6：10)并充分搅拌5分钟，再加入2.8ml溶质质量分数为35％的硫酸溶液充分搅拌5分钟，再加入10.3ml溶质质量分数为20％的氯化钡溶液充分搅拌5分钟，过滤、干燥、洗涤、烘干；2、正极材料的制备称取0.08克上述得到的硫酸钡包覆硫的复合材料、0.01克乙炔黑、0.01克聚偏氟乙烯置于研钵中研磨均匀，再加入1毫升NMP，继续研磨均匀；将研磨所得的混合物涂抹到铝箔上，50℃烘箱中鼓风干燥，55℃真空干燥12h，裁剪成尺寸为5mm×5mm的极片，作为正极；3、采用锂片作为负极材料；4、采用PP-PE复合微孔膜作为电池隔膜电池的组装：将隔膜覆盖在锂片上面，加入电解液，再覆盖上正极材料，组装成锂硫电池。对本实施例中所制备的锂硫电池进行电化学性能测试，电压窗口为1.0V～3.0V，充放电条件为0.1C，循环100次后的库伦效率为93％，说明硫利用率比较高。附图1为所制备的电池在0.1C倍率下的充放电曲线图，反应出离子导电率较高。实施例2硫酸钡包覆硫的复合材料的制备(1)量取65.6ml异辛烷、9.5g烷基醇醚羧酸钠、4ml正丙醇放入磁力搅拌器上充分混合呈透明乳液；(2)向步骤(1)中所得的透明乳液中加入4.6ml溶质质量分数为60％的均匀分散的硫代硫酸钠水溶液并充分搅拌5分钟，再加入3.66ml溶质质量分数为20％的硫酸铁溶液充分搅拌5分钟，再加入11.67ml溶质质量分数为20％的硝酸钡溶液充分搅拌5分钟，过滤、干燥、洗涤、烘干；其余步骤同实施例1。对本实施例中所制备的锂硫电池进行电化学性能测试，电压窗口为1.0V～3.0V，充放电条件为0.2C，150次循环后的库伦效率为86％。实施例3硫酸钡包覆硫的复合材料的制备(1)量取62.32ml全氯乙烯、9.07g仲烷基磺酸钠、3.8ml的1-辛醇放入磁力搅拌器上充分混合呈透明乳液；(2)向步骤(1)中所得的透明乳液中加入2.9ml溶质质量分数为60％的均匀分散的硫化钠溶液并充分搅拌5分钟，再加入2.8ml均匀的硫酸钙超声水分散液(硫酸钙与分散液的重量比为35：100)充分搅拌5分钟，再加入10.3ml溶质质量分数为20％的醋酸钡溶液充分搅拌5分钟，过滤、干燥、洗涤、烘干；其余步骤同实施例1。对本实施例中所制备的锂硫电池进行电化学性能测试，电压窗口为1.0V～3.0V，充放电条件为0.2C，200次循环后的库伦效率为85％。实施例4硫酸钡包覆硫的复合材料的制备(1)量取61.6ml辛烷、10.4ml硬脂酸甘油酯、0.8ml异丁醇放入磁力搅拌器上充分混合呈透明乳液；(2)向步骤(1)中所得的透明乳液中加入2.9ml均匀的硫化钙超声水分散液(硫化钙与分散液的重量比为60：100)并充分搅拌5分钟，再加入3.9ml溶质质量分数为30％的硫酸铝溶液充分搅拌5分钟，再滴加10ml溶质质量分数为20％的盐酸溶液充分搅拌5分钟，再加入12.4ml均匀的碳酸钡超声水分散液(碳酸钡与分散液的重量比为25：100)充分搅拌5分钟，过滤、干燥、洗涤、烘干；其余步骤同实施例1。对本实施例中所制备的锂硫电池进行电化学性能测试，电压窗口为1.0V～3.0V，充放电条件为0.2C，200次循环后的库伦效率为85％。实施例5硫酸钡包覆硫的复合材料的制备(1)量取55.44ml苯、4.11g十六烷基三甲基氯化铵、7.2ml正丁醇放入磁力搅拌器上充分混合呈透明乳液；(2)向步骤(1)中所得的透明乳液中加入9ml溶质质量分数为50％的均匀分散的二硫化钠溶液并充分搅拌5分钟，再加入14.5ml溶质质量分数为15％的硫酸镁溶液充分搅拌5分钟，再滴加8.5ml溶质质量分数为20％的盐酸溶液充分搅拌5分钟，再加入0.25g碳酸钡充分搅拌5分钟，过滤、干燥、洗涤、烘干；其余步骤同实施例1。对本实施例中所制备的锂硫电池进行电化学性能测试，电压窗口为1.0V～3.0V，充放电条件为0.2C，150次循环后的库伦效率为87％。实施例6硫酸钡包覆硫的复合材料的制备(1)量取59.04ml甲苯、9.36ml硬脂酸甘油酯、3.6ml对壬基酚放入磁力搅拌器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硫电池正极材料，其特征在于：所述锂硫电池正极材料为硫酸钡包覆硫的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极材料，其特征在于：所述锂硫电池正极材料为硫酸钡包覆硫的复合材料。2.一种如权利要求1所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述的制备方法为，(1)将油相、表面活性剂、助表面活性剂充分混合乳化；(2)向步骤(1)的体系中加入硫源、硫酸或硫酸盐、钡盐，反应形成稳定的水包油结构；(3)对步骤(2)反应后的产物过滤、洗涤、干燥，最终得到硫酸钡包覆硫的复合材料。3.如权利要求1所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的油相为环己烷、苯、甲苯、二甲苯、戊烷、己烷、辛烷、氯苯、二氯苯、苯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙酸乙酯、氯酚中的一种或几种的混合。4.如权利要求1所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的表面活性剂为曲拉通X-100、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇醚羧酸盐、烷基多苷、醇醚磷酸单酯、聚氧乙烯脂肪醇醚、辛基苯基聚氧乙烯醚、乙二醇丁醚醋酸酯、十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张汉平，朱甜，周佩，王亮，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32