一种锂硫电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括：S1、将生物质碳材料于溶剂中搅拌溶解，得到溶液；S2、将镍的砷化物和多孔碳材料研磨，得到混合物；S3、将S2中得到的混合物与S1中得到的溶液搅拌混合，得到分散液；S4、将上述分散液进行固液分离，固体高温煅烧，得到所述正极材料。本发明专利技术通过在多孔碳材料中引入Ni和As两种元素，Ni元素作为催化剂，加快反应动力学，As与C形成极性键，能够有效的吸附极性多硫化物，两者协同作用，可以有效提高材料的循环稳定性和倍率性能。

A preparation method of lithium sulfur battery cathode material

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池正极材料的制备方法
本专利技术涉及锂硫电池
，具体的，涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法。
技术介绍
随着新型电子设备(动力汽车、智能手机和无人飞机等)的快速发展，对电池的能量密度提出了更高的要求。锂硫电池具有比锂离子电池高五倍的理论能量密度，且兼具环境友好和成本低廉等优点，被认为是最接近实用化的下一代高能电池。然而，目前锂硫电池体系容量衰减快和循环稳定性差的问题依然突出。其中，多硫化物的“穿梭效应”是电池循环差的主要因素之一。引入具有电催化特性的载体材料可以有效的改善锂硫电池的反应动力学，缩短长链易溶解多硫化物的存在时间，从而提高活性材料的利用率和库伦效率，进而提高电池的电化学性能。催化剂的催化活性与其电子结构密切相关，通过对催化剂的结构和物相组成进行调控和设计，能有效的提升其电催化性能。因此，引入特性化的载体，是改善锂硫电池正极材料性能缺陷的主要途径。
技术实现思路
针对现有技术中锂硫电池正极材料存在的容量衰减快和循环稳定性差的问题，本专利技术提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，通过引入具有电催化特性的载体材料，有效的改善锂硫电池的反应动力学，缩短长链易溶解多硫化物的存在时间，从而提高活性材料的利用率和库伦效率，进而提高电池的电化学性能。具体地，本专利技术提供的技术方案如下：一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将生物质碳材料于溶剂中搅拌溶解，得到溶液；S2、将镍的砷化物和多孔碳材料研磨，得到混合物；S3、将S2中得到的混合物与S1中得到的溶液搅拌混合，得到分散液；S4、将上述分散液进行固液分离，固体高温煅烧，得到所述正极材料。根据本专利技术实施方式提供的锂硫电池正极材料的制备方法，通过在多孔碳材料中引入Ni和As两种元素，Ni元素作为催化剂，加快反应动力学，As与C形成极性键，能够有效的吸附极性多硫化物，两者协同作用，可以有效提高材料的循环稳定性和倍率性能。根据本专利技术提供的实施方式，所述锂硫电池正极材料的制备方法还可以包含以下附加技术特征。根据本专利技术提供的实施方式，所述生物质碳材料为葡萄糖、果糖、淀粉中的至少之一。在一些实施方式中，所述生物质碳材料为葡萄糖、果糖、淀粉中的一种。除了本专利技术列举的上述生物质碳材料，其他本领域通用的能够达到相同或相当效果的生物质碳材料也可以用于本专利技术。根据本专利技术提供的实施方式，所述溶剂包括水和醇，所述水与醇的体积比为0.2-5:1。在一些实施方式中，所述水与醇的体积比为1-5:1，例如：1:1、2:1、3:1、4:1、5:1。所述醇为乙醇、丙醇、乙二醇、异丙醇中的至少之一。在一些实施方式中，使用水和乙醇作为混合溶剂，两者的体积比为1:1。根据本专利技术提供的实施方式，S1中，所述生物质碳材料溶解得到的溶液的浓度为0.1-1mol/L，例如：0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1mol/L。在一些实施方式中，S1中，所述溶液的浓度为0.1-0.5mol/L。在一些实施方式中，S1中，所述溶液的浓度为0.1375mol/L。根据本专利技术提供的实施方式，所述镍的砷化物为砷化镍、二砷化三镍中的一种或两种。除了本专利技术列举的上述镍的砷化物，其他本领域通用的能够达到相同或相当效果的镍的砷化物也可以用于本专利技术。本专利技术中直接加入镍的砷化物，而不是同时加入砷化合物和镍化合物，一方面是因为砷化合物和镍化合物一般键能比较强，难以断裂，因此镍或砷难以与其他原子形成新的化学键；另一方面，即使采用特殊手段处理，使砷化合物和镍化合物发生键的断裂，但是断裂过程中会形成其他杂质，影响电池性能。本专利技术直接加入镍的砷化物，利用其高温易分解的特性，镍和砷易与其他原子形成新的化学键，可以同时引入Ni和As两种元素，简单方便，且不会引入其他杂质，不会对正极材料的电性能造成不良影响。根据本专利技术提供的实施方式，所述多孔碳材料为超导炭黑(SuperP)、碳纳米管(CNT)、石墨烯、石墨KS-6、科琴导电炭黑(ketjen-black)中的至少之一。在一些实施方式中，所述多孔碳材料为超导炭黑(SuperP)、碳纳米管(CNT)、石墨烯、石墨KS-6、科琴黑(ketjen-black)中的一种。在一些实施方式中，所述多孔碳材料为科琴黑。根据本专利技术提供的实施方式，所述镍的砷化物与多孔碳材料的质量比为1-4:10，例如：1:10、1.5:10、2:10、2.5:10、3:10、3.5:10、4:10。根据本专利技术提供的实施方式，S3中，所述S2中得到的混合物与S1中得到的溶液的质量比为0.025-0.05:1，例如0.025:1、0.028:1、0.03:1、0.035:1、0.036:1、0.038:1、0.04:1、0.045:1、0.05:1。在一些实施方式中，所述S2中得到的混合物与S1中得到的溶液的质量比为0.03-0.05:1。在一些实施方式中，所述S2中得到的混合物与S1中得到的溶液的质量比为0.025-0.035:1。根据本专利技术提供的实施方式，S3中，所述搅拌混合为室温下搅拌1-12h。所述室温是指20-35℃。在一些实施方式中，所述搅拌混合的时间1-6h，例如：1h、2h、3h、4h、5h、6h。根据本专利技术提供的实施方式，S4中，所述固液分离的方法可以按照本领域公知的方法进行。具体可以为抽滤、离心或直接烘干，也可以抽滤后烘干，或离心后烘干。在一些实施方式中，所述固液分离操作为将分散液进行抽滤后干燥。所述干燥温度为60-100℃，干燥时间为3-12h。所述干燥温度的非限制性实例包括：60℃、70℃、80℃、90℃、100℃。所述干燥时间的非限制性实例包括：3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h。在一些实施方式中，所述干燥温度为60-80℃，干燥时间为8-12h。在一些实施方式中，所述干燥温度为60℃，干燥时间为12h。根据本专利技术提供的实施方式，S4中，所述高温煅烧在惰性气体下进行，煅烧温度为700-900℃，煅烧时间为2-5h。所述惰性气体为氦气、氩气、氖气中的一种。所述煅烧温度的非限制性实例包括：700℃、750℃、800℃、850℃、900℃。所述干燥时间的非限制性实例包括：2h、3h、4h、5h。在一些实施方式中，所述煅烧温度为900℃，煅烧时间为5h。另一方面，本专利技术提供上述制备方法得到的锂硫电池正极材料，其中，砷的掺杂量为2-8％，例如：2％、2.28％、2.93％、3％、3.54％、3.71％、4％、5％、6％、7％、8％。在一些实施方式中，得到的锂硫电池正极材料中，砷的掺杂量为2-5％。所述砷的本文档来自技高网...

【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，包括以下步骤：/nS1、将生物质碳材料于溶剂中搅拌溶解，得到溶液；/nS2、将镍的砷化物和多孔碳材料研磨，得到混合物；/nS3、将S2中得到的混合物与S1中得到的溶液搅拌混合，得到分散液；/nS4、将上述分散液进行固液分离，固体高温煅烧，得到正极材料。/n

【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，包括以下步骤：
S1、将生物质碳材料于溶剂中搅拌溶解，得到溶液；
S2、将镍的砷化物和多孔碳材料研磨，得到混合物；
S3、将S2中得到的混合物与S1中得到的溶液搅拌混合，得到分散液；
S4、将上述分散液进行固液分离，固体高温煅烧，得到正极材料。


2.根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述生物质碳材料为葡萄糖、果糖、淀粉中的至少之一。


3.根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括水和醇，所述水与醇的体积比为0.2-5:1，所述醇为乙醇、丙醇、乙二醇、异丙醇中的至少之一。


4.根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，S1中，所述溶液的浓度为0.1-1mol/L。


5.根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述镍的砷化物为砷化镍、二砷化三镍中的一种或两种。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑陈彪，张新民，李城星，张珏雯，漆文豪，何凤荣，陈璐，
申请(专利权)人：东莞东阳光科研发有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44