一种锂硫电池有机硫正极材料的制备方法技术

本发明专利技术属于电池材料领域，涉及一种锂硫电池有机硫正极材料的制备方法。本发明专利技术将升华硫与碘化物混合，在特定气氛中高温条件下，升华硫进行开环聚合形成线性硫，得到含碘化物的线性硫混合液体；然后向含碘化物的混合液体中加入有机材料使线性硫接枝到有机材料的碳链上；最后淬冷、固化得到一种含有碘化物的有机硫正极材料。得到的有机硫正极材料导电性能好，倍率性能佳。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池有机硫正极材料的制备方法
本专利技术属于电源材料制备领域，涉及一种锂硫电池有机硫正极材料的制备，更具体地，涉及一种含有碘化物的有机硫正极材料。
技术介绍
锂硫电池理论能量密度高达2600Whkg-1，理论比容量可达1675mAhg-1，是常规锂离子电池的5-6倍，而且硫在自然界中储量丰富，故而被认为是动力电池的有力候选者。单质硫S8呈环状，其充放电中间产物容易溶解在电解液中，造成穿梭效应，在现有技术中存在利用加热方法使S8开环，用高分子与S8接枝，将硫固定，从而抑制硫聚合物的穿梭效应。如在“201811238888.7一种锂硫电池正极共聚硫材料及用其制成的锂硫电池”中，利用腈类化合物特有的碳氮三键和升华硫的8元环结构在高温条件下的开环反应，使得有机物与硫之间产生化学键结合，形成聚合态的高分子共聚硫。但这样得到的材料导电性能欠佳。而对于如何提高有机硫正极材料的导电性能，Hu等人用碳纳米管掺杂改性1,3-二异丙烯基苯有机硫正极材料，通过碳纳米管构建电子传输路径，极大提高了其导电性能(G.Hu,Z.Sun,C.Shi,R.Fang,J.Chen,P.Hou,C.Liu,H.M.Cheng,F.Li,Adv.Mater.2017,29,1603835.)；Chang和Manthiram使用乙烯基还原石墨烯作为改性材料，对1,3-二异丙烯基苯有机硫正极材料进行改性，获得好的倍率性能(C.-H.Chang,A.Manthiram,ACSEnergyLett.2018,3,72.)。上述方法有效解决了导电性问题，但工艺路线较长，提高了操作难度。所以，急需提出一种提高有机硫材料的导电性能的新方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂硫电池有机硫正极材料及其制备方法，以有机材料与单质硫作为原料，通过掺杂固态碘化物作为导电材料得到一种富硫的有机硫正极材料。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种锂硫电池有机硫正极材料，含有碘化物；碘化物优选碘化铵、碘化铜、碘化银、三碘化氮、碘化钠、碘化钾、碘化锂、四碘化碳、三碘化磷、K2[HgI4]、KAgI2中的一种或多种，更优选碘化钾；本专利技术还提供了一种锂硫电池有机硫正极材料的制备方法，包含以下步骤A：将升华硫与碘化物混合，在特定气氛下高温升华硫进行开环聚合形成线性硫，得到含碘化物混合液体；在步骤A中，高温下升华硫自身聚合成线性硫，加入碘化物和升华硫原料混合，目的是为了将碘化物很好的分散在聚合线性硫之中，使接下来碘化物均匀分散在有机硫正极材料中。进一步，升华硫与碘化物质量比为100:0.01-100:20；进一步，特定气氛为氮气、氩气、一氧化碳气体、二氧化碳气体、氦气、氖气、氪气、氙气中的一种或多种混合，优选氮气；进一步，在140-200℃下开环聚合，机械搅拌4-120min；B：向含碘化物混合液体中加入有机材料使线性硫接枝到有机材料的碳链上；进一步，有机材料含有特定官能团，该官能团与升华硫反应；进一步，特定官能团指碳碳三键、碳碳双键、碳氧双键、苯环、氮杂环、卤代烃、硫醇和氰基中的一种或多种，更优选碳碳双键；进一步，含有碳碳双键的有机材料，优选乙烯基降冰片烯、苯乙烯、1,3-二异丙烯基苯、丁烯、戊二烯、月桂烯、林蒙稀和双环戊二烯，更优选双环戊二烯；进一步，加入有机材料使线性硫接枝到其碳链上，继续在140-200℃下反应10-30min；C：淬冷、固化得到一种富硫的有机硫正极材料(有机物-硫@碘化物正极材料)；进一步，淬冷使用冰水、液氮、干冰中的一种或多种方式进行快速降温，优选液氮；进一步，固化是在140-160℃下继续加热1-10h。制备得到富硫的有机硫正极材料中，碘化物以晶体的形式掺杂到有机硫材料中，碘化物与有机硫材料基材之间靠范德华力相互作用，提高了有机硫正极材料的导电性。作为优选：制备一种锂硫电池双环戊二烯-硫@KI正极材料，包括以下操作步骤：A：将升华硫与KI混合搅拌加热，升华硫开环聚合成线性硫，得到线性硫@KI；B：向线性硫@KI加入双环戊二烯，使其与线性硫反应；C：淬冷低温固化，最终得到双环戊二烯-硫@KI正极材料；其中升华硫与KI以质量比为100:5投料，在185℃氩气氛围下机械搅拌加热5min。继续在185℃下，加入双环戊二烯反应10min。使用液氮淬冷，在155℃下固化4h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术首先发现，制备有机硫正极材料体系中的碘化物在没有电离的固体状态下，不仅可以导离子，还可以导电子，兼具离子导电和电子导电两种特性，通过本专利技术的制备方法，碘化物与有机硫材料基材之间靠范德华力相互作用，使该固态碘化物对有机硫材料的导电性能具有极大的促进作用，提升材料的大电流充放电能力。附图说明附图1是实施例1所得有机硫正极材料S-DCPD@KI与对比实施例1所得有机硫正极材料S-DCPD的XRD图。附图2A是实施例1所得有机硫正极材料S-DCPD@KI与对比实施例1所得有机硫正极材料S-DCPD的阻抗谱图。附图2B是实施例1所得有机硫正极材料S-DCPD@KI与对比实施例1所得有机硫正极材料S-DCPD的阻抗谱图的局部放大图。附图3是实施例1所得有机硫正极材料S-DCPD@KI的库仑效率。附图4是实施例1所得有机硫正极材料S-DCPD@KI在不同电流密度下的充放电曲线。具体实施方式为了更好地解释本专利技术，下面结合实施例对其进行进一步详细描述，但不限于此。实施例1本实施例描述了双环戊二烯-硫@KI正极材料及其制备方法。1)取干燥过的6g升华硫与0.5gKI置于50ml三口烧瓶中，在氮气的氛围下，185℃机械搅拌5.5min，得到含KI的混合液体；2)在步骤1)所得产物中于185℃下通过注射器注入双环戊二稀(DCPD)3.5g，使线性硫接枝到双环戊二烯碳链上，反应12min，得到深红色粘稠混合物；3)将步骤2)所得产物迅速置于液氮中淬冷，然后置于155℃下进行固化4h，最后得到具有金属光泽的有机硫正极材料S-DCPD@KI；称取上述所得有机硫正极材料S-DCPD@KI0.08g、乙炔黑0.01g、聚偏氟乙烯(PVDF)0.01g置于研钵中混合研磨均匀，然后加入1.5mlNMP，继续研磨混使合均匀；将所得的混合物均匀涂布于铝箔上，在鼓风干燥箱中55℃干燥，然后在真空干燥箱中55℃下干燥8h，将得到的极片裁剪成尺寸为1cm*1cm的极片，作为正极片；采用锂片作为负极材料，商业PP/PE复合膜作为隔膜。电池组装：将隔膜覆盖在锂片上面，加入电解液，再覆盖上有机硫材料制成的正极材料，组装成锂硫电池；对所制备的锂硫电池进行电化学性能测试，电压窗口为1.7V-2.8V。从图3可知，实施例1所得有机硫正极材料S-DCPD@KI的库仑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池有机硫正极材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：/nA：将升华硫与碘化物混合，在特定气氛中，升华硫高温下进行开环聚合形成线性硫，得到含碘化物的混合液体；/nB：加入有机材料使线性硫接枝到其碳链上；/nC：淬冷固化得到一种含碘化物的富硫有机硫正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池有机硫正极材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
A：将升华硫与碘化物混合，在特定气氛中，升华硫高温下进行开环聚合形成线性硫，得到含碘化物的混合液体；
B：加入有机材料使线性硫接枝到其碳链上；
C：淬冷固化得到一种含碘化物的富硫有机硫正极材料。


2.如权利要求1所述锂硫电池有机硫正极材料的制备方法，其特征在于，所述碘化物为碘化铵、碘化铜、碘化银、三碘化氮、碘化钠、碘化钾、碘化锂、四碘化碳、三碘化磷、K2[HgI4]、KAgI2中的一种或多种。


3.如权利要求1所述锂硫电池有机硫正极材料的制备方法，其特征在于，所述有机材料含有特定官能团，该官能团与升华硫反应；所述特定官能团为碳碳三键、碳碳双键、碳氧双键、苯环、氮杂环、卤代烃、硫醇和氰基中的一种或多种。


4.如权利要求1所述锂硫电池有机硫正极材料的制备方法，其特征在于，所述有机材料为乙烯基降冰片烯、苯乙烯、1,3-二异丙烯基苯、丁烯、戊二烯、月桂烯、林蒙稀和双环戊二烯中的一种。


5.如权利要求1所述锂硫电池有机硫正极材料的制备方法，其特征在于，所述升华硫与碘化物质量比为100:0.01-100:20；特定气氛为氮气、氩气、一氧化碳气体、二氧化碳气体、氦气...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志鹏，郭秀美，张静静，康海，张汉平，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32