本发明专利技术涉及一种锂电池正极复合材料的制备方法，属于电池材料领域。一种锂电池正极复合材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：1)按碳材料与单质硫的质量比为1∶(0.01～99.00)，选取碳材料和单质硫，备用；将单质硫溶于有机溶剂中形成硫的溶液，硫的溶液的浓度范围为0.01wt％至饱和浓度；将碳材料与硫的溶液混合，得到悬浊液；然后搅拌悬浊液至有机溶剂挥发完全，获得呈块状的材料；2)将上述呈块状的材料干燥，研磨后，得到锂电池正极复合材料。该方法制备的锂电池正极复合材料具有良好的硫分散性、较高的放电比容量和良好的循环性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于电池材料领域。
技术介绍
锂硫电池的理论能量密度Q600Wh/kg)是钴酸锂系锂离子电池的4. 5倍，是磷酸 铁锂系锂离子电池的6. 6倍，具有显著的优势，且成本低廉、环境友好，能够满足目前市场 对化学电源轻量化、小型化、低成本和无毒性的紧迫要求，近年来受到广泛关注。但是，锂 硫电池进入商业化还有不少技术难题有待克服，如正极活性物质硫的低电导率(室温下为 5X IO-3Vcm)以及中间产物多硫化物的溶解性引起的“飞梭效应”。同时，硫的电化学反应 是多电子、多步骤的，这虽使硫的理论容量高达1675mAh/g，但反应历程复杂，而且硫电极的 结构、体积伴随变化，所以实际上硫电极的优异性能难于发挥。因此，锂硫电池的研究多围 绕如何改善硫电极的性能而展开，主要为一是添加导电剂，使其与硫充分接触来提高硫电 极的导电性；二是添加能够吸附多硫化物、抑制多硫化物溶解的具有多孔结构、高比面积的 物质以及相应电解液，减弱硫电极的自放电。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供，该方法制备的锂电 池正极复合材料具有良好的硫分散性、较高的放电比容量和良好的循环性能。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是一种锂电池正极复合材料的制 备方法，其特征在于它包括以下步骤1)按碳材料与单质硫的质量比为1 (0. 01 99. 00)，选取碳材料和单质硫，备 用；将单质硫完全溶于有机溶剂中形成硫的溶液，硫的溶液的浓度范围为0. 01wt%至 饱和浓度；将碳材料与硫的溶液混合，得到悬浊液；然后搅拌悬浊液至有机溶剂挥发完全 (溶剂的挥发速率可通过控制温度、真空度等实现)，获得呈块状的材料(以上所有操作均 于室温下进行)；2)将上述呈块状的材料干燥，研磨后，得到锂电池正极复合材料(粉末)。所述的碳材料为乙炔黑、活性炭、碳纤维、碳纳米管、介孔碳或石墨烯等。所述的有机溶剂为二硫化碳、四氯化碳、四氢呋喃或甲基四氢呋喃等。步骤1)所述的搅拌是在控制有机溶剂的挥发速率为1 125ml/h的条件下搅拌。步骤幻所述的干燥为在40 105°C下鼓风干燥1 12h，或在40 105°C下真 空干燥1 12h。通过以上方法制得的锂电池正极复合材料，包括碳材料和单质硫，在复合材料中， 单质硫填充至碳材料的孔中并被其包覆，形成一种具有以硫为核的核壳结构的复合材料 (以硫为核的硫/碳复合材料)，碳材料将同时作为导电剂和包覆剂。本专利技术用液相混合法制备了硫的分散良好且碳材料包覆在硫表面的具有核壳结 构的复合材料，本专利技术改变复合材料制备的方法及工艺条件有效解决了硫在碳材料中的分 散性差的难题。单质硫溶于有机溶剂中后，依然以&分子的形式存在，加入碳材料后，碳材料将分 散在溶液中形成悬浊液，在搅拌过程中随着溶剂的挥发，硫在溶剂中的溶解度逐渐达到饱 和，由于碳材料强大吸液能力，吸附在碳材料孔中的饱和溶液随着溶剂的进一步发挥开始 出现硫的晶核并在其孔中逐渐长大，最终析出硫晶体颗粒而被碳材料所包覆，形成具有碳 材料包覆硫的核壳结构的复合材料。一方面可减少单质硫的聚集、改善材料的导电性及硫 的分散性，提高了硫的利用率；另一方能减少活性物质与电解液的接触面积，降低了硫电极 在循环过程中的容量衰减速率。在电池的放电过程中，通常硫的还原反应伴随着新相的产 生，导致硫电极体积不可避免的会发生变化，而在充放电过程中，由于碳材料具有的良好的 可压缩性和弹性及复合材料的这种结构将不至于使硫电极结构被破坏，从而改善了硫电极 的循环性能，同时碳材料发达的孔结构还能容纳更多的难溶性放电产物及更有效地抑制可 溶多硫化物在电解液中扩散，这些最终都将改善硫电极的电化学性能。这为锂硫电池的实 用化打下了基础。本专利技术的有益效果是1)通过本方法制得的复合材料中硫颗粒填充在碳材料的孔中而被其包覆，提高了 硫在碳材料中的分散性(具有良好的硫分散性)，使硫与导电性良好的碳材料充分接触；同 时复合材料能有效地抑制多硫化物的在电解液中的扩散且在充放电过程中能保持硫电极 结构的稳定性，具有高电子传导率，该复合材料显示出了较高的放电比容量和良好的循环 性能。2)方法简单，操作容易，成本低廉。 附图说明图1为实施例1制备的锂电池正极复合材料(硫/碳复合材料)的SEM图。图2为实施例1制备的复合材料的三电极体系电池的前五次的循环伏安(CV)曲 线图。图3为实施例1制备的复合材料的三电极体系电池的交流阻抗(EIS)图。图4为实施例1制备的复合材料的实验电池的首次放电曲线图。具体实施例方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例和附图进一步阐明本专利技术的内容，但本 专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1 ，它包括以下步骤1)按乙炔黑(碳材料)与单质硫的质量比为1 1，选取乙炔黑和单质硫，备用；将单质硫完全溶于二硫化碳(有机溶剂)中形成硫的二硫化碳溶液，硫的二硫化 碳溶液的浓度为1. 95wt% ；将乙炔黑与硫的二硫化碳溶液混合，得到悬浊液；然后在控制二硫化碳(有机溶剂)的挥发速率为4. 17ml/h的条件下搅拌悬浊液至二硫化碳挥发完全(二硫化碳的挥发 速率可通过控制温度、真空度等实现)，获得呈块状的材料(以上所有操作均于室温下进 行)；2)将上述呈块状的材料在60°C下烘干，然后再于60°C下真空干燥8 12h，研磨 后，得到锂电池正极复合材料(粉末)。制得的锂电池正极复合材料中单质硫的质量百分含量为50wt%。制得的锂电池正极复合材料的SEM图如图1所示。可见所得产物中硫分散到了乙 炔黑内部而被其包覆，硫分散性良好，形成了具有以硫为核的核壳结构的复合材料。下面将制得的锂电池正极复合材料用于实验电池制作聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮配制成10% (质量比)的溶液，电解液为三氟甲基 磺酸锂(LiCF3SO3)溶于碳酸丙烯脂(PC)和1，3-二氧戊环(DOL)的混合溶剂，浓度lmol/ L，其中PC DOL = 1 1 (体积比)。将上述制得的锂电池正极复合材料粉末、乙炔黑和聚偏氟乙烯(以N-甲基吡咯烷 酮的N-甲基吡咯烷酮溶液形式加入)按70 20 10(质量比)混合搅拌12h，成均勻的 浆料。将浆料涂在铝箔表面，于60 80°C烘干，对辊机上压片，再冲制成直径为15. 0mm、厚 度100 μ m的正极片。使用之前将正极片于60°C下真空干燥Mh。在干燥(相对湿度低于2% )且充满氩气的手套箱中进行扣式实验电池(直径 20mm、厚度3. 2mm)装配，以制备的电极为正极，金属锂为负极，隔膜采用聚丙烯多孔膜(型 号Cegard2400)，电解液为 lmol/L 的 LiCF3S03/PC+D0L。充放电测试温度为20 25°C，电流密度为0. 05mA/cm2，放充电电压范围为1. 5 3. OV0循环伏安和交流阻抗测试均采用三电极体系(以制备的电极为工作电极，金属锂 为参比电极和辅助电极，电解液同前)，循环伏安扫描速率为0. 05mV/s,电压范围为1. 5 3. OV0交流阻抗的电压振幅为5mV，频率为IO5 10_2Hz。由实施例1制备的锂电池正极复合材料制作的三电极体系的前五次的CV曲线如 图2所示，EIS图如图3所示，可见锂电池正极复合材料具有较低的阻抗和良好的循环可逆 性，由实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂电池正极复合材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：１）按碳材料与单质硫的质量比为１∶（０．０１～９９．００），选取碳材料和单质硫，备用；将单质硫溶于有机溶剂中形成硫的溶液，其中硫的浓度范围为０．０１ｗｔ％至饱和浓度；将碳材料与硫的溶液混合，得到悬浊液；然后搅拌悬浊液至有机溶剂挥发完全，获得呈块状的材料；２）将上述呈块状的材料干燥，研磨后，得到锂电池正极复合材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王圣平，吴金平，周成冈，陈艳玲，周权，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：83
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