[发明专利]一种硫化锂/纳米硅碳全电池及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于能源新材料技术领域，特别涉及一种硫化锂/纳米硅碳全电池及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池技术被认为是最理想的绿色能源存储与转换技术之一。与镍氢、镍铬等二次电池相比，锂离子电池具有长寿命、高能量密度、没有记忆效应等优点，已广泛被应用于便携式电子设备，通讯设备，以及电动汽车市场之中。其中，正极材料和负极材料的选择对锂离子电池性能起着至关重要的作用。

将锂-硫作为锂离子电池的正极材是近年来高容量锂离子电池研究的热点之一。与传统锂离子电池技术相比，锂-硫电池在比容量、能量密度和功率密度等方面具有得天独厚的优势。此外，锂-硫电池还具有电极材料来源丰富、成本低、对环境友好、电池安全性好等优点。锂-硫电池正极材料硫化锂的理论比容量为1160mA h/g，能够提供约2V的放电平台。将单质硫作为正极材料，可以与一般的锂离子电池负极进行匹配，但是预锂化麻烦、制备复杂。

负极材料的选取与制备也至关重要。目前使用的石墨负极材料存在较低的理论容量(372mA h/g)，且其容量的提升空间很小，远不能满足高容量锂离子电池的时代需求。另外，硅基材料是近年来研究的较多的新型负极材料。单质硅材料因具有极高的理论比容量(4200mA h/g)而备受关注。但在嵌/脱锂过程中表现出巨大的体积膨胀效应，使得材料结构易遭到破坏，进而引起首次效率和循环稳定性能较差。应对上述问题，常用的手段是将硅进行纳米化、合金化和复合化，但是其工艺复杂，制备得到的电池存在不可逆容量大、导电性能差和循环稳定性差的问题。因此，提供一种制备工艺简单、操作简便，且首次充放电效率高、比容量高、循环性能好的的全电池工艺具有重要意义。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种硫化锂/纳米硅碳全电池的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的硫化锂/纳米硅碳全电池。

本发明的又一目的在于提供所述硫化锂/纳米硅碳全电池的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种硫化锂/纳米硅碳全电池的制备方法，包含如下步骤：

(1)将硫酸锂分散到水中，得到溶液A，将有机碳源分散到极性有机溶剂中，得到溶液B，再将溶液A和溶液B混合均匀，得到混合溶液C；

(2)将步骤(1)中得到的混合溶液C进行干燥制粉，得到前驱体D；

(3)将步骤(2)中得到的前驱体D进行煅烧，得到碳包覆硫化锂复合正极材料E；

(4)将纳米硅分散到有机溶剂中，得到悬浊液F，将有机碳源分散到有机溶剂中，得到溶液G，将人造石墨分散到有机溶剂中，得到悬浊液H，再将悬浊液F、溶液G和悬浊液H混合均匀，得到混合液I；

(5)将步骤(4)中得到的混合液I进行干燥制粉，得到前驱体J；

(6)将步骤(5)中得到的前驱体J进行煅烧，得到碳包覆硅碳复合负极材料K；

(7)将步骤(3)中得到的碳包覆硫化锂复合正极材料E、粘结剂和导电剂混合均匀后调成浆料，再涂覆在铝箔上，干燥，辊压，得到锂-硫电池正极片；

(8)将步骤(6)中得到的碳包覆硅碳复合负极材料K、粘结剂和导电剂混合均匀后调成浆料，再涂覆在铝箔上，干燥，辊压，得到锂-硫电池负极片；

(9)将步骤(7)中得到的锂-硫电池正极片、隔膜、电解液和步骤(8)中得到的锂-硫电池负极片进行封装，得到硫化锂/纳米硅碳全电池。

步骤(1)中所述的水优选为去离子水。

步骤(1)中所述的极性有机溶剂为水或四氢呋喃。

所述的水优选为去离子水。

步骤(1)中所述的有机碳源为长链有机碳源；优选为蔗糖、葡萄糖、沥青、和聚乙烯醇中的至少一种。

所述的聚乙烯醇优选为分子量20000的聚乙烯醇。

步骤(1)中所述的硫酸锂和有机碳源的质量比优选为1：(7.0～7.5)。

步骤(1)中所述的分散优选为采用搅拌的方式进行分散。

所述的搅拌的条件为：400～2000r/min搅拌0.5～2h；搅拌的条件优选为：1500r/min搅拌0.5～1h。

步骤(2)中所述的干燥优选为采用闭式循环喷雾干燥机进行干燥。

所述的闭式循环喷雾干燥机为离心雾化器，其转速为15000～40000r/min，进出口温度分别为100～300℃和60～120℃，进料速度为10～20mL/min。

步骤(3)和步骤(6)中所述的煅烧优选为在惰性气体保护下进行煅烧。