[发明专利]一种锂硫电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂硫电池正极材料及其制备方法，在模板剂的作用下首先采用花状氧化锌与多巴胺复合制备聚多巴胺/花状氧化锌，然后进行碳化、酸处理，形成三维花状碳结构，再以所得三维花状碳结构为载体进行硫填充，最后在所得碳硫复合材料上包覆一层导电聚合物PDA，有效提高单质硫用作锂硫电池正极材料的电化学性能和稳定性。本发明所述锂硫电池正极材料具有花状形貌，可有效提高比表面积，与电解液接触更加充分；利用形成的三维花状碳结构的等级孔进行硫的担载以及导电聚合物的包覆，有效抑制多硫化物的散失，提高电极导电性以及循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂硫电池领域，具体涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法。

背景技术

当前可充电电池性能的主要限制因素在于正极的容量较低。硫的理论容量为1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)，是目前除氧气以外能量密度最高的锂二次电池正极材料。此外锂硫电池具有高能量密度、优良的安全性、环保及低成本等特点，可较好地满足了未来动力电池的要求，应用前景广阔。

目前，锂硫电池主要存在以下问题：第一，单质硫本身导电性非常差，阻碍了电子的传输，对电池的性能产生影响；第二，单质硫在充放电过程中，正极材料单质硫会最初的环状S₈变为固态短链的Li₂S₂和Li₂S，会发生体积膨胀，膨胀率达到80％；第三，在电池充放电过程中，中间产物多硫化物会溶解在电解液中，当多硫化物到达负极时，与锂片发生副反应，并产生“穿梭效应”，使得电池循环稳定性降低。因此进一步探索新型锂硫电池正极材料具有重要的实际应用意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种锂硫电池正极材料，该材料可有效解决锂硫电池中正极材料活性硫的散失和穿梭效应的问题，提高电池的循环稳定性，且涉及的制备方法简单，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种锂硫电池正极材料，它呈三维花状结构，所述三维花状结构由表面包覆导电聚合物的中空碳纳米线组成。

上述方案中，所述导电聚合物为聚多巴胺(PDA)。

本发明的另一目的是提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)将氢氧化钠和乙酸锌溶于水中进行水热反应得到花状氧化锌；

2)将花状氧化锌、介孔造孔剂混合于水中然后加入三羟甲基氨基甲烷和多巴胺盐酸盐进行混合包覆反应，随后将产物抽滤干燥，在花状氧化锌表面构筑一层介孔结构得固体产物I；

3)将所得固体产物I、微孔造孔剂均匀混合于水中，然后依次加入三羟甲基氨基甲烷和多巴胺盐酸盐进行混合包覆反应，在固体产物I构筑的介孔结构的基础上包覆一层微孔结构，得固体产物II；然后进行抽滤、干燥、碳化，再用酸去除氧化锌模板，得具有微孔、介孔结构的三维花状碳材料(具有三维结构的分层等级孔碳材料)；

4)将所得三维花状碳材料与硫粉进行复合，然后进行吹扫，去除未填充入孔道的硫，得硫填充的三维花状碳材料；

5)将所得硫填充的三维花状碳材料进行导电聚合物包覆处理，即得所述锂硫电池正极材料。

上述方案中，所述微孔造孔剂为十二烷基硫酸钠(SDS)，介孔造孔剂为EO20PO70EO20(P123)。

上述方案中，步骤3)中去除氧化锌模板采用的酸为盐酸。

上述方案中，所述硫粉为升华硫粉。

上述方案中，所述氢氧化钠和乙酸锌的质量比为3:(1～3)。