[发明专利]一种硫锂电池正极用硫/碳纳米管复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫锂电池正极用硫/碳纳米管复合材料的制备方法。

背景技术

在环境污染、能源短缺的形势下，开发绿色环保，价格低廉的能源已经成为人们未来最为关注的热点之一。在众多能源技术中，锂电池因其较高的理论比容量和能量密度一直获得青睐并被广泛应用。特别是便携式电子设备如笔记本电脑、手机等迅速普及，使得人们对高能量、低排放、循环寿命长的能源需求愈发迫切。更重要的是，混合电动汽车和纯电动汽车的发展，对锂电池的能量密度和功率密度提出更高的要求。然而传统的锂电池理论比能量低(200Wh/kg)，远远不能满足电动汽车350-400Wh/kg的要求。为解决这个问题，人们把眼光放到开发更大容量的电池体系。

和普通锂离子电池相比，硫电极具有高的理论比能量和理论比容量，可以为电子器件提供足够的能量和循环寿命，因而成为最具有吸引力的电极材料。另外，单质硫的储量丰富，廉价易得，对环境友好。但是，锂硫电池也面临许多挑战。锂硫电池的主要问题有：(i)由于硫单质的导电性差，导致电池循环和倍率性差；(ii)反应过程中生成的多硫化物易溶于有机电解液中，并可以在正负极之间穿梭即穿梭效应；(iii)反应过程中电极体积膨胀加快电池容量衰减。

发明内容

本申请提供一种硫锂电池正极用硫/碳纳米管复合材料的制备方法，可以提升硫锂电池的放电比容量和循环性能。

根据第一方面，一种实施例中提供一种硫锂电池正极用硫/碳纳米管复合材料的制备方法，包括：将硫单质加入至二硫化碳溶剂中，均匀混合并搅拌，完全溶解后得到硫的二硫化碳溶液；将碳纳米管与二硫化碳溶剂均匀混合，经过超声分散后得到碳纳米管分散液；将所述碳纳米管分散液加入至所述硫的二硫化碳溶液中进行混合，蒸干得到硫/碳纳米管复合材料。

可选的实施例中，所述硫单质为升华硫。

可选的实施例中，所述碳纳米管包括：单壁碳纳米管、多壁碳纳米管及酸化后碳纳米管的至少一种或多种。

可选的实施例中，将所述碳纳米管分散液加入至所述硫的二硫化碳溶液中进行混合时，不断搅拌。

可选的实施例中，所述硫的二硫化碳溶液中，硫单质与二硫化碳溶剂的比例为0.1％～10％。

可选的实施例中，所述碳纳米管分散液中，碳纳米管与CS2溶剂的比例按照质量百分比记为0.1％～10％。

可选的实施例中，所述硫/碳纳米管复合材料中，硫含量占硫/碳纳米管复合材料的质量百分比为50％～90％。

可选的实施例中，将所述碳纳米管分散液加入至所述硫的二硫化碳溶液中进行混合时，搅拌时间为0.5h～3h。

本申请提供的一种硫锂电池正极用硫/碳纳米管复合材料的制备方法，将单质硫与CS2溶剂均匀混合并搅拌，使得硫完全溶解，得到硫的CS2溶液。将碳纳米管与CS2溶剂均匀混合，超声分散，得到稳定的CNT分散液。将CNT分散液缓慢加入到硫的CS2溶液，并不断搅拌，待混合均匀后蒸发溶剂，就可得到硫/碳纳米管复合材料。本申请将导电性较好的碳纳米管包覆在硫的表面，提高了硫的导电性，应用于硫锂电池正极时，能抑制中间产物多硫化锂在电解液中的溶解，与纯的硫单质正极材料相比，首次放电比容量和循环性能都有所提升。而且制备工艺简单、能耗较小，易于规模化生产。

附图说明

图1为本申请的硫锂电池正极用硫/碳纳米管复合材料的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

请参考图1，本申请实施例提供一种硫锂电池正极用硫/碳纳米管复合材料的制备方法，包括：

101、将硫单质加入至二硫化碳溶剂中，均匀混合并搅拌，完全溶解后得到硫的二硫化碳溶液。

其中，硫单质优选为升华硫。

本实施例步骤101是制备硫的二硫化碳溶液的过程。将单质S加入至CS2溶剂中，单质S溶解于CS2溶剂，待完全溶解后，即得到S的CS2溶液。

在硫的二硫化碳溶液中，硫单质与二硫化碳溶剂的比例为0.1％～10％。

102、将碳纳米管与二硫化碳溶剂均匀混合，经过超声分散后得到碳纳米管分散液。

碳纳米管(CNT)是一种具有特殊结构的一维米级，管的两端一般都封口，因 此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维量子材料。纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。