一种锂硫电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池正极材料及其制备方法，属于锂电池领域。所述方法包括：将间苯二酚、甲醛、锂超离子导体置于溶剂中搅拌，在第一设定温度下反应第一设定时间，获得湿凝胶，将湿凝胶进行干燥，获得干凝胶。将干凝胶在第二设定温度下煅烧第二设定时间，获得碳材料。将碳材料与硫单质按照质量比为3‑8:2混合置于反应釜中，在第三设定温度下，放置第三设定时间，获得锂硫电池正极材料。其中，间苯二酚与甲醛的摩尔比为1.5‑2:1，间苯二酚与锂超离子导体的摩尔比为1:0.03‑0.05。采用本发明专利技术提供的制备方法，以锂超离子导体修饰的碳材料作为锂硫电池电极的载体，提高了锂硫电池正极材料的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池正极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂电池
，特别涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法。
技术介绍
锂硫电池由于具有高理论比容量，达到1675mAh/g，是常规二次锂离子电池能量密度的3-5倍，且正极材料单质硫的储量丰富、价格低廉等优点，被认为是一种很有前景的下一代高能量密度二次电池。由于锂硫电池正极材料的循环性能制约着锂硫电池的发展，因此，提高锂硫电池正极材料的循环性能是首要选择。现有技术采用硫和锰酸钾、钴酸钾和磷酸钾等来制备锂硫电池的正极材料。专利技术人发现现有技术至少存在以下技术问题：上述锂硫电池正极材料电容量衰减速率高，循环性能差。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种锂硫电池正极材料及其制备方法，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：一方面，提供了一种锂硫电池正极材料制备方法，所述方法包括：步骤a、将间苯二酚、甲醛、锂超离子导体置于溶剂中搅拌，在第一设定温度下反应第一设定时间，获得湿凝胶，将所述湿凝胶进行干燥，获得干凝胶；步骤b、将所述干凝胶在第二设定温度下煅烧第二设定时间，获得碳材料；步骤c、将所述碳材料与硫单质按照质量比为3-8:2混合，置于反应釜中，在第三设定温度下，放置第三设定时间，获得锂硫电池正极材料；其中，所述间苯二酚与所述甲醛的摩尔比为1.5-2:1，所述间苯二酚与所述锂超离子导体的摩尔比为1:0.03-0.05。在一种可能实现的方式中，所述步骤a中，所述第一设定温度为70℃-90℃，所述第一设定时间为5-8小时。在一种可能实现的方式中，所述步骤a中，所述溶剂为乙二醇。在一种可能实现的方式中，所述步骤a中，将所述湿凝胶在60℃-80℃温度下干燥10-15个小时。在一种可能实现的方式中，所述步骤a中，所述锂超离子导体为Li3.25Ge0.25P0.75S4。在一种可能实现的方式中，所述步骤b中，所述第二设定温度为750℃-900℃，所述第二设定时间为5-10小时。在一种可能实现的方式中，所述步骤b中，在惰性气体气氛下进行所述煅烧。在一种可能实现的方式中，所述步骤c中，所述第三设定温度为155℃-170℃，所述第三设定时间为15-20小时。在一种可能实现的方式中，所述步骤c中，所述硫单质为升华硫。另一方面，提供了一种锂硫电池正极材料，所述锂硫电池正极材料通过上述任一项所述的制备方法制备得到。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术实施例提供的锂硫电池正极材料的制备方法，通过间苯二酚和甲醛反应，生成酚醛树脂，其中，锂超离子导体与酚醛树脂在溶剂中溶解并混合形成湿凝胶，通过将湿凝胶进行干燥，蒸发未反应的物质以及夹带的部分溶剂，并对其进行煅烧，进一步除去干凝胶中的液态物质，进行碳化，使干凝胶的孔隙率增大，获得固态粉末状的锂超离子导体修饰的碳材料，再将锂超离子导体修饰的碳材料与单质硫在反应釜中放置一段时间，单质硫升华后进入碳材料的孔结构中，获得锂硫电池的正极材料。采用本专利技术实施例提供的制备方法，以锂超离子导体修饰的碳材料作为锂硫电池电极的载体，由于锂超离子导体电解形成的离子可以为电池电解液提供导电离子，同时电解产生的离子抑制了硫的中间产物多硫化物向电解液中溶解，从而降低锂硫电池正极材料电容量衰减速率，提高了正极材料的循环性能。具体实施方式除非另有定义，本专利技术实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。一方面，本专利技术实施例提供了一种锂硫电池正极材料的制备方法，该方法包括：步骤1、将间苯二酚、甲醛、锂超离子导体置于溶剂中搅拌，在第一设定温度下反应第一设定时间，获得湿凝胶，将湿凝胶进行干燥，获得干凝胶。步骤2、将干凝胶在第二设定温度下煅烧第二设定时间，获得碳材料。步骤3、将碳材料与硫单质按照质量比为3-8:2混合置于反应釜中，在第三设定温度下，放置第三设定时间，获得锂硫电池正极材料。其中，间苯二酚与甲醛的摩尔比为1.5-2:1，间苯二酚与锂超离子导体的摩尔比为1:0.03-0.05。本专利技术实施例提供的锂硫电池正极材料的制备方法，通过间苯二酚和甲醛反应，生成酚醛树脂，其中，锂超离子导体与酚醛树脂在溶剂中溶解并混合形成湿凝胶，通过将湿凝胶进行干燥，蒸发未反应的物质以及夹带的部分溶剂，并对其进行煅烧，进一步除去干凝胶中的液态物质，进行碳化，使干凝胶的孔隙率增大，获得固态粉末状的锂超离子导体修饰的碳材料，再将锂超离子导体修饰的碳材料与单质硫在反应釜中放置一段时间，单质硫升华后进入碳材料的孔结构中，获得锂硫电池的正极材料。采用本专利技术实施例提供的制备方法，以锂超离子导体修饰的碳材料作为锂硫电池电极的载体，由于锂超离子导体电解形成的离子可以为电池电解液提供导电离子，同时电解产生的离子抑制了硫的中间产物多硫化物向电解液中溶解，从而降低锂硫电池正极材料电容量衰减速率，提高了正极材料的循环性能。以下将对上述方法涉及的步骤分别进行概述：对于步骤1来说，间苯二酚、甲醛摩尔比可以为1.5-2:1。示例的，可以是1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2.0:1等。间苯二酚、锂超离子导体摩尔比可以为1:0.03-0.05。示例的，可以是1:0.03、1:0.033、1:0.035、1:0.04、1:0.043、1:0.045、1:0.048、1:0.05等。间苯二酚和甲醛反应后生成酚醛树脂，将锂超离子导体混合在间苯二酚和甲醛的反应物酚醛树脂之间，形成混合均匀的湿凝胶，可以理解的是，锂超离子导体和间苯二酚、甲醛以及酚醛树脂之间不发生化学反应，将锂超离子导体加入其中，使其能充分均匀的混合在酚醛树脂中，形成锂超离子导体和酚醛树脂成分均匀的湿凝胶。可以理解的是，间苯二酚、甲醛反应的时间不能过短，也不能过长，反应时间过短则会导致间苯二酚和甲醛反应不完全，反应时间过长会使间苯二酚和甲醛反应完全后接近固化状态，不利于后续步骤中将通过步骤1和步骤2获得的碳材料进行研磨。为了使间苯二酚和甲醛完全反应且不接近固化，将上述比例的间苯二酚、甲醛、锂超离子导体在第一设定温度70℃-90℃下反应第一设定时间5-8小时。示例的，第一设定温度可以是70℃、75℃、80℃、85℃、90℃等。第一设定时间可以是5小时、6小时、7小时、8小时等。鉴于油浴加热时，加热油不易挥发，可以很好的控制温度，保持温度稳定，作为一种示例，可以采用油浴加热的方式对间苯二酚、甲醛、锂超离子导体进行加热。对其进行加热的同时不断的搅拌，使间苯二酚、甲醛和锂超离子导体可以在溶剂中相互溶解，加快间苯二酚和甲醛之间的反应，并使锂超离子导体能更充分的混合到间苯二酚和甲醛的反应物中。为了使间苯二酚、甲醛和锂超离子导体互溶，步骤1中的溶剂可以为有机溶剂乙二醇。间苯二酚和甲醛易溶于乙二醇，将乙二醇作为溶剂，为间苯二酚和甲醛反应提供反应环境。可以理解的是，乙二醇本身不参加反应。为了蒸发步骤1中未反应的甲醛和间苯二酚以及夹带的部分溶剂，获取干凝胶对其进行后续的煅烧、碳化，将步骤1获得的湿凝胶在60℃-80℃温度下干燥10-15小时。示例的，可以将步骤1中获得的湿凝胶放入烘箱中进行干燥，获得干凝胶。可以理解的是，在上述温度范围内进行干燥得到的干凝胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤a、将间苯二酚、甲醛、锂超离子导体置于溶剂中搅拌，在第一设定温度下反应第一设定时间，获得湿凝胶，将所述湿凝胶进行干燥，获得干凝胶；步骤b、将所述干凝胶在第二设定温度下煅烧第二设定时间，获得碳材料；步骤c、将所述碳材料与硫单质按照质量比为3‑8:2混合，置于反应釜中，在第三设定温度下，放置第三设定时间，获得锂硫电池正极材料；其中，所述间苯二酚与所述甲醛的摩尔比为1.5‑2:1，所述间苯二酚与所述锂超离子导体的摩尔比为1:0.03‑0.05。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤a、将间苯二酚、甲醛、锂超离子导体置于溶剂中搅拌，在第一设定温度下反应第一设定时间，获得湿凝胶，将所述湿凝胶进行干燥，获得干凝胶；步骤b、将所述干凝胶在第二设定温度下煅烧第二设定时间，获得碳材料；步骤c、将所述碳材料与硫单质按照质量比为3-8:2混合，置于反应釜中，在第三设定温度下，放置第三设定时间，获得锂硫电池正极材料；其中，所述间苯二酚与所述甲醛的摩尔比为1.5-2:1，所述间苯二酚与所述锂超离子导体的摩尔比为1:0.03-0.05。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a中，所述第一设定温度为70℃-90℃，所述第一设定时间为5-8小时。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a中，所述溶剂为乙二醇。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘立升，李乐铭，陈大华，海滨，唐少俊，秦玉林，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34