[发明专利]一种高能量密度锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高能量密度锂硫电池正极材料的制备方法，属于锂硫电池正极材料制备技术领域。本发明通过盐酸与硫代硫酸钠反应制备纳米硫，通过二氧化硅包覆纳米硫并制备微球，将制备的微球负载至聚氨酯泡沫材料中，随后镀铜制备泡沫铜材料，通过泡沫铜与升华硫煅烧过程中，将内部纳米硫单质熔融填充内部泡沫铜孔隙，与外部升华硫煅烧同时产生贯通，有效增强单质硫负载量，提高锂硫电池能量密度，具有优异的稳定性和循环寿命，且本发明制备的高能量密度锂硫电池正极材料在循环过程中可迅速活化，有效提升电池的循环和倍率性能。

技术领域

本发明公开了一种高能量密度锂硫电池正极材料的制备方法，属于锂硫电池正极材料制备技术领域。

背景技术

锂离子电池与传统的商业电源比如：镍铬电池、镍氢电池等相比适应了当下电子科技快速发展的要求，具有较高的工作电压高，循环使用寿命比较长，且环保无污染等优点。然而，伴随着移动电子设备和新能源汽车快速发展，对储能设备的比能量和比功率的要求越来越高。但是目前商业化的锂离子电池正极材料如磷酸铁锂、锰酸锂、镍酸锂、钴酸锂等材料受到理论比容量的限制，进一步提升能量密度已非常困难。因此，研发更高比能和更低成本的新一代电化学体系，已经十分必要。锂硫电池是锂离子电池的一中，以单质硫作为一种基于转换反应而非嵌入脱出反应正极电极材料，硫与锂完全反应生成硫化锂时，电池的理论放电比能量高达2600Wh/kg，其理论比容量高达1673mAh/g，这远远高于磷酸铁锂等正极材料。因此引起了人们广泛关注和研究。锂硫电池作为一种具有潜力的新型二次电池目前仍然没有商业化，主要是由于锂硫电池仍然面临着活性物质利用率低和循环寿命短的问题。究其原因，主要是单质硫的电子和离子绝缘性以及单质硫的放电产物多硫化物易溶解于电解液造成的。

为了克服上述问题，提升锂硫电池的性能，人们将单质硫与各种微孔/介孔炭材料和导电聚合物材料复合，以增强单质硫的电导性，同时抑制多硫化物的溶解；或者采用导电聚合物包覆以达到上述目的；或者在正极复合材料中加入无机氧化物作为吸附剂吸附多硫化物于正极中。经过多年的研究，锂硫电池的比容量和循环性能有了很大提升。然而，采用上述孔束缚、包覆或者吸附的策略，主要是通过物理作用实现的，对多硫化物的作用力是有限的；同时，高的比容量和循环寿命的获得多数是以大量添加基体材料如多孔炭等实现的，使得正极材料中活性物质单质硫的含量较低，造成了锂硫电池正极中单质硫的负载量低于1.0mg，这样锂硫电池的能量密度仍然较低，不利于实用化。因此，寻求对单质硫的导电性具有更好改善作用、对多硫化物具有更强束缚作用同时能负载更多活性物质的材料和方法显得尤为重要。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对现有锂硫电池锂硫电池正极中，单质硫的负载量通过孔束缚、包覆或者吸附等进行改性，导致锂硫电池的能量密度较低，实用性能较差的问题，提供了一种以纳米单质硫制备改性微球，通过微球填充在锂硫电池内部，与外部孔隙负载硫相结合，通过煅烧形成高负载率的锂硫电池正极材料的方法，本发明通过盐酸与硫代硫酸钠反应制备纳米硫，通过二氧化硅包覆纳米硫并制备微球，将制备的微球负载至聚氨酯泡沫材料中，随后镀铜制备泡沫铜材料，通过泡沫铜与升华硫煅烧过程中，将内部纳米硫单质熔融填充内部泡沫铜孔隙，与外部升华硫煅烧同时产生贯通，有效增强单质硫负载量，提高锂硫电池能量密度，具有广阔的使用前景。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）按重量份数计，分别称量45～50份质量分数5%聚乙烯醇溶液、15～20份硫代硫酸钠和15～20份10mol/L盐酸置于烧杯中，搅拌混合并置于200～300W下超声分散10～15min，随后静置陈化3～5h，过滤收集滤饼并用去离子水洗涤3～5次，收集得水洗滤饼，按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份无水乙醇、3～5份聚乙烯醇和5～8份水洗滤饼，在200～300W下超声分散10～15min，制备得改性分散液；