[发明专利]一种电极复合材料的制备方法

说明书

本发明为一种电极复合材料的制备方法。该方法包括以下步骤：（1）将聚丙烯腈纤维溶于二甲基甲酰胺中，得到混合溶液；（2）再向溶液中加入蔗糖；（3）将硫粉加入上述混合液体中；（4）将上述混合物放入到干燥箱中于烘干12~24 h，得到碳包覆的硫化聚丙烯腈材料前驱体；（5）将得到的碳包覆硫化聚丙烯腈球磨，得到碳包覆硫化聚丙烯腈前驱体粉末；（6）放入管式加热炉中加热，最终制得碳包覆硫化聚丙烯腈黑色粉末。本发明获得的碳包覆硫化聚丙烯腈材料造价低廉、对单质硫的利用率高、初始比容量也较高，并且由于表面碳层的存在，提高了材料的的导电性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池正极材料制备领域，尤其涉及一种碳包覆硫化聚丙烯腈正极材料的制备方法。

背景技术

锂硫电池的理论容量为1675mAh/g，质量比能量为2600Wh/kg，实际比能量在室温下为730Wh/kg或900Wh/L，60℃为950Wh/kg或1200Wh/L，并且单质硫在自然界储量丰富、价格低廉，环境友好。但是室温下单质硫是电子的绝缘体，单质硫正极组成的锂硫电池在室温下不能进行充放电。通过研究发现S/PAN为正极材料的锂硫电池，凭借其高的S元素利用率、低廉的造价、轻微的自放电现象、较低的加工温度等特点成为目前高能动力电池的研究热点，极具商业应用潜力，是一种非常有前途的锂离子电池正极材料。

但这类材料也存在自身的一些缺点，比如：该材料中硫的含量不够高，影响硫基正极材料的容量密度，同时，正极材料的堆积密度也较低，电子导电性差，低温性能和动力特性不够理想，这势必影响锂硫电池的体积能量密度和功率能量密度。因此，如何改善以硫化聚丙烯腈材料为正极的锂硫电池的循环性能和导电性是我们应该努力的方向。

目前，碳包覆技术是改善硫正极材料电化学特性最实用和最有效的手段，此技术对提高硫正极材料的电化学特性有着巨大的作用。在锂离子电池正极材料的表面包覆碳层：一方面，可有效地防止反应中活性材料颗粒的脱落和生成的多硫化物的溶解，改善循环性能；另一方面，碳材料的导电性能好，碳包覆后可以改善活性材料的导电性。所以，碳包覆技术是一种能有效改善硫正极材料电化学性能的方法。例如：CN102097618A将铁源、磷源和pH剂按照摩尔比1:1:0.02-0.1的比例放入高温反应釜中，并且按照铁源重量的15％-25％加入碳源，经过反应得到碳包覆的磷酸铁纳米颗粒，之后再将锂源、碳包覆磷酸铁纳米颗粒、含M1和M2的金属盐按摩尔比1:0.94-0.98:0.01-0.03:0.01-0.03以及按铁源重量的15％-25％的碳源湿法混合并干燥，在惰性气体保护下经高温烧结得到碳包覆的正极材料LiFe_xM1_yM2_zPO₄。CN105576220A将磷酸铁锂材料与碳源混合制得混合物A，之后再与挥发性的铵盐混合得混合物B，另将去离子水与乙醇混合制得溶液C，最后将混合物B与溶液C混合配置成浆料，将浆料进行搅拌、冷冻、干燥、粉碎，加热，最后在氮气气氛中高温烧结制得样品。但不容回避的是上述碳包覆正极材料的合成工艺比较复杂，制备成本较高，电池性能虽得到提升却牺牲了锂硫电池体系成本低廉的优点，因此，如何既保持正极材料良好的性能又能够维持一个较低成本的制备技术，是研究人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对已有的硫化聚丙烯腈的缺陷，设计和提供一种简便易行的一次合成碳包覆硫化聚丙烯腈作为正极材料的制备方法。该方法是用二甲基甲酰胺将聚丙烯腈纤维进行溶解，之后加入蔗糖和硫粉加热搅拌进行混合，使碳均匀包覆在硫化聚丙烯腈材料的表面，将混合后的材料进行干燥，烧结，形成碳包覆的硫复合正极材料，从而提高了正极材料的循环性能和导电性能。

本发明的技术方案为：

一种电极复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚丙烯腈纤维溶于二甲基甲酰胺中，60～100℃加热搅拌1～6h，形成溶液，搅拌结束后停止加热，得到混合溶液；其中，每mL二甲基甲酰胺加入0.05～0.15g聚丙烯腈纤维；