[发明专利]一种基于硫代硫酸钠和酸反应的硫正极复合材料制备装置及控制方法

说明书

本发明涉及一种基于硫代硫酸钠和酸反应的硫正极复合材料制备装置及控制方法。通过设计硫代硫酸钠与多孔导电载体混合、硫代硫酸钠与酸反应、硫正极材料与废液分离的制备装置，并通过控制多孔导电载体与硫代硫酸钠溶液混合时间0.5～10h、酸液与硫代硫酸钠溶液的摩尔比值为2～3、喷射压力为2～40Mpa、多孔导电载体与硫的质量比为0.01～1、多孔导电载体种类；实现硫正极复合电极材料颗粒尺寸小、硫/多孔导电载体分布均匀；所制备的硫正极复合电极材料具有很好的电化学性能。本发明专利在锂离子电池领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学电源领域，具体涉及一种基于硫代硫酸钠和酸反应的硫正极复合材料制备装置及控制方法。

背景技术

硫具有价格低廉、理论容量高、清洁环保等优点，是非常有应用前景的锂离子正极材料。但硫正极材料导电性差、产物易溶解到电解质中而导致容量迅速降低等缺陷，限制了硫正极材料的推广应用。目前，研究人员采用导电性好、比表面积大的多孔导电材料为载体，热处理沉积硫颗粒，获得硫复合正极材料，如硫/碳，硫/聚合物，硫/金属等，一定程度改善了硫正极材料的电化学性能。Zhao等[Zhao M Q，Zhang Q，Huang J Q，et al.Unstackeddouble-layer tempiated graphene for high-rate lithium-sulphurbatteries.Nature communications，2014，5.]用熔融扩散法制备一种DTG/S复合材料，该复合材料用于制备锂硫电池的正极材料时，在5C的倍率下经过1000次循环充放电后，放电比容量为530mAh g^-1。Li等[Li G C，Hu J J，Li G R，et al.Sulfur/activated-conductivecarbon black composites as cathode materials for lithium/sulfurbattery.Journal of Power Sources，2013，240：598-605.]在300℃下热处理获得A-CCB/S复合材料，该材料在160mAh g^-1的充放电速率下，经过100次循环后的放电比容量为531.9mAh g^-1。Zhang等[Zhang Z，Li Q，Lai Y，et al.Confine Sulfur in Polyaniline-Decorated Hollow Carbon Nanofiber Hybrid Nanostructure for Lithium-SulfurBatteries.The Journal of Physical Chemistry C，2014，118(25)：13369-13376.]采用中空结构的HCNF@PANI复合材料与纯硫在管式炉中155℃保温10h。HCNF@PANI-S材料在0.5C的倍率下起始放电比容量为960mAh g^-1，经过200次循环后的放电比容量为535mAh g^-1。

显然，热处理熔融混合纯硫和高比表面积导电材料是制备硫正极复合材料的常用方法。但该方法存在一定的缺陷：1)硫颗粒熔融均匀扩散到导电材料表面需要消耗大量的能量和时间，提高了硫正极材料的制备成本；2)部分高比表面导电材料如金属骨架化合物、导电聚合物在高温处理时，易破坏结构，影响硫正极材料的电化学性能。

因此，为克服热处理法制备硫正极复合材料的工艺缺陷，本发明采用硫代硫酸钠与酸反应制备硫正极材料，该方法通过硫代硫酸钠和酸原子级别混合，实现纳米硫颗粒调控分布在高比表面积导电材料表面，是非常有产业化前景的硫正极材料制备工艺。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于硫代硫酸钠和酸反应的硫正极复合材料制备装置及控制方法，克服现有制备技术的缺陷，提高硫正极材料的电化学性能。为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：