一种锂硫电池正极材料制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂硫电池正极材料制备方法，所述制备方法包括：制备硫碳复合材料；在硫碳复合材料表面负载导电金属，得到导电金属、硫和碳材料复合的复合材料。本发明专利技术的方法，其能够抑制了多硫化物的“穿梭效应”及正极材料体积膨胀效应，有效地改善电池的循环性能。

A method for preparation of cathode materials for lithium sulfur batteries

The invention provides a preparation method of lithium sulfur battery positive electrode material, and the preparation method includes: preparing sulfur carbon composite material, loading conducting metal on the surface of sulfur carbon composite material, and obtaining composite material of conductive metal, sulfur and carbon material. The method of the invention can inhibit the shuttle effect of the polysulfide and the volume expansion effect of the positive electrode material, thereby effectively improving the cycle performance of the battery.

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池正极材料制备方法
本专利技术涉及电池制备领域，尤其涉及一种锂硫电池正极材料制备方法。
技术介绍
锂硫电池是以硫元素作为电池正极的一种锂电池，放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。硫的理论放电质量比容量为1675mAh/g，单质锂的理论放电质量比容量为3860mAh/g。锂硫电池的理论放电电压为2.287V，当硫与锂完全反应生成硫化锂(Li2S)时。相应锂硫电池的理论放电质量比能量为2600Wh/kg。而单质硫理论放电比容量远远高于商业上广泛应用的锂离子电池。因此，硫正极活性物质是目前具有最高比容量的正极材料，锂是金属元素中具有最小的相对原子质量和最负的标准电极电势。因此，锂硫电池具有高理论放电电压、高理论放电比容量、高理论比能量，有望满足电动汽车的长远发展要求，是一种非常有前景的锂电池。据报道，锂硫电池的实际比能量已达到350Whkg-1。但现在阶段锂硫电池面临一系列难题:1.单质硫和放电产物Li2S2/Li2S是电子和离子绝缘体,这增大了电池电阻及极化现象；2.正极材料在放电过程中存在着体积膨胀现象，造成材料结构坍塌，影响电池的循环性能；3.充放电过程中产生的可溶性多硫化物，由于扩散作用在正负极之间迁移反应，出现多硫化物的“穿梭效应”，造成活物质不可逆的损失。为了解决锂硫电池面临的难题，工作者对其进行大量研究，如中国专利申请公布号CN106981649A制备了一种石墨烯空心球-硫复合三维结构的锂硫电池正极材料，在一定程度上抑制了多硫化物的“穿梭效应”及正极材料体积膨胀效应，但是并不能大大提高电池循环性能。因此，有必要提供一种新的技术方案。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术提供一种锂硫电池正极材料制备方法，其能够抑制了多硫化物的“穿梭效应”及正极材料体积膨胀效应，有效地改善电池的循环性能。为达成上述目的，本专利技术的锂硫电池正极材料制备方法，所述制备方法包括：制备硫碳复合材料；在硫碳复合材料表面负载导电金属，得到导电金属、硫和碳材料复合的复合材料。进一步地，所述制备方法具体包括：S1、将碳材料分散于溶剂中形成混合悬浮液；S2、将含硫物质置入混合悬浮液中进行超声，通过酸溶液调节混合悬浮液的pH值，抽滤，洗涤获得硫碳复合材料；S3、将硫碳复合材料分散于溶剂中形成分散溶液，向分散溶液中加入金属盐和粉末金属，超声，抽滤得到固体混合物，通过酸溶液调节固体混合物的pH值，清洗，干燥，得到导电金属、硫和碳材料复合的复合材料。进一步地，步骤S2中，所述碳材料与含硫物质中硫元素质量比为1:0.5-1:9，所述酸溶液质量分数为1-70％。进一步地，步骤S3中，所述硫碳复合材料与金属盐中金属元素的质量比为10:1-1:2，所述酸溶液质量分数为1-70％。进一步地，步骤S1中，碳材料为石墨、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、软碳、硬碳、多孔碳、碳纳米管、碳纳米纤维和空心碳球中一种或多种。进一步地，步骤S1和S3中，所述溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇、正丁醇和卡必醇中一种或多种。进一步地，步骤S2中，所述含硫物质为硫化钠、硫化铝、硫化镁、硫化铁、硫化铜、硫化铂、硫化银、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾和硫代硫酸铵中一种或多种。进一步地，步骤S2中，超声时间为2-24h；步骤S3中，超声时间为2-24h。进一步地，步骤S2和步骤S3中，所述酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、次氯酸和高氯酸中一种或多种；调节混合悬浮液和固体混合物均呈中性或弱酸性。进一步地，步骤S3中，所述金属盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜、硝酸银和氯化金中一种或多种；所述粉末金属为铝粉、镁粉、铁粉和铜粉中一种或多种。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术的锂硫电池正极材料制备方法，其通过制备硫碳复合材料；然后在硫碳复合材料表面负载导电金属，得到导电金属、硫和碳材料复合的复合材料，其中，制备的硫碳复合材料可以在一定程度上抑制了多硫化物的“穿梭效应”及正极材料体积膨胀效应；通过在硫碳复合材料表面负载导电金属，与碳材料相比，导电金属具有更好的导电性和机械强度，能够进一步增加正极活物质的导电性，并能够有效地缓解正极活物质在充放电过程中的体积膨胀所引起的内应力，从而有效地改善电池的循环性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本专利技术的方法制备的电池在1C充放电电流下循环性能；图2为本专利技术的方法制备的电池在1C充放电电流下充放电曲线。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。实施例1本专利技术的锂硫电池正极材料制备方法，其具体包括如下步骤：S1、将碳材料分散于溶剂中形成混合悬浮液。其中，所述碳材料为石墨、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、软碳、硬碳、多孔碳、碳纳米管、碳纳米纤维和空心碳球中一种或多种；所述溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇、正丁醇和卡必醇中一种或多种。S2、将含硫物质置入混合悬浮液中进行超声2h，通过酸溶液调节混合悬浮液呈中性或弱酸性，抽滤，洗涤获得硫碳复合材料。其中，所述碳材料与含硫物质中硫元素质量比为1:0.5。所述含硫物质为硫化钠、硫化铝、硫化镁、硫化铁、硫化铜、硫化铂、硫化银、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾和硫代硫酸铵中一种或多种。所述酸溶液质量分数为1％。所述酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、次氯酸和高氯酸中一种或多种。S3、将硫碳复合材料分散于溶剂中形成分散溶液，向分散溶液中加入金属盐和粉末金属，超声2h，抽滤得到固体混合物，向固体混合物中加入酸溶液至滤液呈中性或弱酸性，清洗，干燥，得到导电金属/硫/碳材料复合的复合材料。其中，所述硫碳复合材料与金属盐中金属元素的质量比为10:1。所述溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇、正丁醇和卡必醇中一种或多种。所述酸溶液质量分数为1％。所述酸溶液为盐酸、硫酸、硝酸、甲酸、乙酸、次氯酸和高氯酸中一种或多种。所述金属盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜、硝酸银和氯化金中一种或多种。所述粉末金属为铝粉、镁粉、铁粉和铜粉中一种或多种。实施例2本专利技术的锂硫电池正极材料制备方法，其具体包括如下步骤：S1、将碳材料分散于溶剂中形成混合悬浮液。其中，所述碳材料为石墨、石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、软碳、硬碳、多孔碳、碳纳米管、碳纳米纤维和空心碳球中一种或多种；所述溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、丙二醇、正丁醇和卡必醇中一种或多种。S2、将含硫物质置入混合悬浮液中进行超声24h，通过酸溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池正极材料制备方法，其特征在于：所述制备方法包括：制备硫碳复合材料；在硫碳复合材料表面负载导电金属，得到导电金属、硫和碳材料复合的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极材料制备方法，其特征在于：所述制备方法包括：制备硫碳复合材料；在硫碳复合材料表面负载导电金属，得到导电金属、硫和碳材料复合的复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体包括：S1、将碳材料分散于溶剂中形成混合悬浮液；S2、将含硫物质置入混合悬浮液中进行超声，通过酸溶液调节混合悬浮液的pH值，抽滤，洗涤获得硫碳复合材料；S3、将硫碳复合材料分散于溶剂中形成分散溶液，向分散溶液中加入金属盐和粉末金属，超声，抽滤得到固体混合物，通过酸溶液调节固体混合物的pH值，清洗，干燥，得到导电金属、硫和碳材料复合的复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述碳材料与含硫物质中硫元素质量比为1:0.5-1:9，所述酸溶液质量分数为1-70％。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述硫碳复合材料与金属盐中金属元素的质量比为10:1-1:2，所述酸溶液质量分数为1-70％。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芳芳，赵亚，刘桐桐，杨冬生，翟博，刘俊军，
申请(专利权)人：浙江衡远新能源科技有限公司，山东衡远新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33