一种锂硫电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种锂硫电池正极材料的制备方法。将环烷酸钴经过磨细后，在惰性气氛下高温煅烧，得到煅烧物料；将煅烧料经过粉碎、过筛后，得到过筛料，将二硫化碳与无水酒精混合溶解得到二硫化碳‑酒精溶液，将过筛料与二硫化碳‑酒精溶液搅拌混合，然后放入高压反应釜内，在高温高压下搅拌反应，然后冷却，泄压，将泄出的蒸汽用无水酒精吸收，然后将反应釜内的物料倒出，得到浆料；将浆料经过减压蒸馏，将蒸馏出来的蒸汽经过冷凝回收，剩余的固体经过粉碎和过筛，得到锂硫电池正极材料。此发明专利技术制备方法简单，大大增强正极材料的导电性，在充放电过程中不断地收缩和膨胀过程中，不破坏原有的正极结构，使得循环性能大大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池正极材料的制备方法
本专利技术涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法，属于新能源材料领域。
技术介绍
锂硫电池是锂电池的一种，锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1675mAh/g和2600Wh/kg，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，是一种非常有前景的锂电池。但是，硫单质在转变为锂多硫化物的过程中会发生约80％的体积膨胀，这使得正极在充放电过程中不断地收缩和膨胀，容易破坏原有的正极结构，影响循环性能，造成电池损坏。(2)硫单质及其化合物具有绝缘性。在放电过程中，Li2S2向Li2S的固-固反应动力学过程缓慢，反应不能完全进行。放电产物由于离子导电性较差而沉积在正极表面，造成活性物质大块团聚，利用率降低，导致放电比容量衰减和电池能量密度的降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种锂硫电池正极材料的制备方法，制备方法简单，且得到掺杂改性锂硫电池正极材料，通过碳的掺杂以及氧化亚钴的掺杂，大大增强正极材料的导电性，同时由于炭的多孔结构，使得硫镶嵌在多孔结构内，在充放电过程中不断地收缩和膨胀过程中，不破坏原有的正极结构，使得循环性能大大提高。本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：本专利技术的本实施例的一种锂硫电池正极材料的制备方法，其为以下步骤：(1)将环烷酸钴经过磨细后，在惰性气氛下高温煅烧，在温度为400-600℃煅烧4-6h，然后冷却至物料温度小于80℃，得到煅烧物料；(2)将煅烧料经过粉碎、过筛后，得到过筛料，将二硫化碳与无水酒精混合溶解得到二硫化碳-酒精溶液，将过筛料与二硫化碳-酒精溶液搅拌混合，然后放入高压反应釜内，在温度为150-250℃，压力为5-10个大气压下，搅拌反应4-6h，然后冷却至反应釜内温度小于20℃，泄压，将泄出的蒸汽用无水酒精吸收，然后将反应釜内的物料倒出，得到浆料；(3)将浆料经过减压蒸馏，将蒸馏出来的蒸汽经过冷凝回收，剩余的固体经过粉碎和过筛，得到锂硫电池正极材料。过筛料中的钴与加入的二硫化碳的摩尔比为1：5-10，二硫化碳-酒精溶液中二硫化碳的质量分数为20-35％。所述步骤(1)中惰性气氛为氮气或氩气中的至少一种，煅烧过程开启抽风，惰性气氛中氧气含量低于100ppm，水蒸气含量低于5000ppm。所述步骤(2)煅烧料粉碎采用气流粉碎，粉碎至物料粒径为1-1.5μm，过100-200目筛得到过筛料。所述步骤(3)冷凝回收的溶液再加入二硫化碳返回步骤(2)使用。所述步骤(3)减压蒸馏的压力为1-5KPa，温度为25-40℃，粉碎采用气流粉碎，粉碎至物料的粒径为1-1.5μm，过80-150目筛。本专利技术通过有机钴在惰性气氛下、高温热解，从而得到氧化亚钴与碳的复合材料，得到的热解产物的比表面积很大，同时再将其放入到高压反应釜内，放入二硫化碳-酒精溶液中，搅拌，在高温高压下，在氧化亚钴的催化作用下，二硫化碳催化分解得到碳和硫，多孔的碳吸附硫，从而形成了负载硫的多孔碳结构，同时由于酒精的分散作用，可以得到分散性好的材料，然后经过减压蒸馏将酒精与未反应的二硫化碳蒸出去，剩余的硫会结晶析出，从而吸附到多孔的碳上；蒸发出去的气体经过冷凝回收其中的酒精和二硫化碳，然后补充二硫化碳返回使用；本工艺流程短，且整个工艺过程无废气、废渣、废水产生，工艺环保，且成本低；本专利技术提供在惰性气氛下，高温热解，使得环烷酸钴热分解得到氧化亚钴与碳的复合材料，然后再高温下氧化亚钴的催化分解，将二硫化碳催化分解为硫和碳，碳的吸附作用，使得硫吸附在碳之中，给与硫的收缩和膨胀过程一定的空间，不破坏原有的正极材料结构，使得循环性能大大提高；同时由于碳和氧化亚钴的导电作用，可以提高正极材料的导电性。本专利技术的有益效果是：制备方法简单，且得到掺杂改性锂硫电池正极材料，通过碳的掺杂以及氧化亚钴的掺杂，大大增强正极材料的导电性，同时由于炭的多孔结构，使得硫镶嵌在多孔结构内，在充放电过程中不断地收缩和膨胀过程中，不破坏原有的正极结构，使得循环性能大大提高。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，本实施例的一种锂硫电池正极材料的制备方法，其为以下步骤：(1)将环烷酸钴经过磨细后，在惰性气氛下高温煅烧，在温度为400-600℃煅烧4-6h，然后冷却至物料温度小于80℃，得到煅烧物料；(2)将煅烧料经过粉碎、过筛后，得到过筛料，将二硫化碳与无水酒精混合溶解得到二硫化碳-酒精溶液，将过筛料与二硫化碳-酒精溶液搅拌混合，然后放入高压反应釜内，在温度为150-250℃，压力为5-10个大气压下，搅拌反应4-6h，然后冷却至反应釜内温度小于20℃，泄压，将泄出的蒸汽用无水酒精吸收，然后将反应釜内的物料倒出，得到浆料；(3)将浆料经过减压蒸馏，将蒸馏出来的蒸汽经过冷凝回收，剩余的固体经过粉碎和过筛，得到锂硫电池正极材料。过筛料中的钴与加入的二硫化碳的摩尔比为1：5-10，二硫化碳-酒精溶液中二硫化碳的质量分数为20-35％。所述步骤(1)中惰性气氛为氮气或氩气中的至少一种，煅烧过程开启抽风，惰性气氛中氧气含量低于100ppm，水蒸气含量低于5000ppm。所述步骤(2)煅烧料粉碎采用气流粉碎，粉碎至物料粒径为1-1.5μm，过100-200目筛得到过筛料。所述步骤(3)冷凝回收的溶液再加入二硫化碳返回步骤(2)使用。所述步骤(3)减压蒸馏的压力为1-5KPa，温度为25-40℃，粉碎采用气流粉碎，粉碎至物料的粒径为1-1.5μm，过80-150目筛。实施例1一种锂硫电池正极材料的制备方法，其为以下步骤：(1)将环烷酸钴经过磨细后，在惰性气氛下高温煅烧，在温度为550℃煅烧5.5h，然后冷却至物料温度小于80℃，得到煅烧物料；(2)将煅烧料经过粉碎、过筛后，得到过筛料，将二硫化碳与无水酒精混合溶解得到二硫化碳-酒精溶液，将过筛料与二硫化碳-酒精溶液搅拌混合，然后放入高压反应釜内，在温度为220℃，压力为9个大气压下，搅拌反应5h，然后冷却至反应釜内温度小于20℃，泄压，将泄出的蒸汽用无水酒精吸收，然后将反应釜内的物料倒出，得到浆料；(3)将浆料经过减压蒸馏，将蒸馏出来的蒸汽经过冷凝回收，剩余的固体经过粉碎和过筛，得到锂硫电池正极材料。过筛料中的钴与加入的二硫化碳的摩尔比为1：8.5，二硫化碳-酒精溶液中二硫化碳的质量分数为32％。所述步骤(1)中惰性气氛为氮气，煅烧过程开启抽风，惰性气氛中氧气含量低于100ppm，水蒸气含量低于5000ppm。所述步骤(2)煅烧料粉碎采用气流粉碎，粉碎至物料粒径为1.2μm，过150目筛得到过筛料。所述步骤(3)冷凝回收的溶液再加入二硫化碳返回步骤(2)使用。所述步骤(3)减压蒸馏的压力为3KPa，温度为35℃，粉碎采用气流粉碎，粉碎至物料的粒径为1.2μm，过100目筛。最终得到的产品分析数据如下：指标CSCoDminD10数值15.52％74.21％8.05％0.23μm0.56μmD50D90BET松装密度振实密度压实密度1.2μm1.69μ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，为以下步骤：(1)将环烷酸钴经过磨细后，在惰性气氛下高温煅烧，在温度为400‑600℃煅烧4‑6h，然后冷却至物料温度小于80℃，得到煅烧物料；(2)将煅烧料经过粉碎、过筛后，得到过筛料，将二硫化碳与无水酒精混合溶解得到二硫化碳‑酒精溶液，将过筛料与二硫化碳‑酒精溶液搅拌混合，然后放入高压反应釜内，在温度为150‑250℃，压力为5‑10个大气压下，搅拌反应4‑6h，然后冷却至反应釜内温度小于20℃，泄压，将泄出的蒸汽用无水酒精吸收，然后将反应釜内的物料倒出，得到浆料；(3)将浆料经过减压蒸馏，将蒸馏出来的蒸汽经过冷凝回收，剩余的固体经过粉碎和过筛，得到锂硫电池正极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，为以下步骤：(1)将环烷酸钴经过磨细后，在惰性气氛下高温煅烧，在温度为400-600℃煅烧4-6h，然后冷却至物料温度小于80℃，得到煅烧物料；(2)将煅烧料经过粉碎、过筛后，得到过筛料，将二硫化碳与无水酒精混合溶解得到二硫化碳-酒精溶液，将过筛料与二硫化碳-酒精溶液搅拌混合，然后放入高压反应釜内，在温度为150-250℃，压力为5-10个大气压下，搅拌反应4-6h，然后冷却至反应釜内温度小于20℃，泄压，将泄出的蒸汽用无水酒精吸收，然后将反应釜内的物料倒出，得到浆料；(3)将浆料经过减压蒸馏，将蒸馏出来的蒸汽经过冷凝回收，剩余的固体经过粉碎和过筛，得到锂硫电池正极材料。2.根据权利要求1所述的一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：过筛料中的钴与加入的二硫化碳的摩尔比为1：5-10，二硫化...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍君杰，
申请(专利权)人：鲍君杰，
类型：发明
国别省市：浙江,33