[发明专利]一种高倍率锂硫电池正极材料制备方法

说明书

本发明提供一种高倍率锂硫电池正极材料制备方法，所述制备方法包括：对碳材料进行亲水处理，得到亲水碳材料；制备多硫化物有机溶液；将亲水碳材料与多硫化物有机溶液进行反应制得硫碳复合材料。本发明的锂硫电池正极材料制备方法，其能够降低高倍率充放电过程中的极化现象，增大电化学反应速率，提高硫的利用率及高倍率性能。

技术领域

本发明涉及电池制备领域，尤其涉及一种高倍率锂硫电池正极材料制备方法。

背景技术

锂硫电池是以硫元素作为电池正极的一种锂电池，放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。硫的理论放电质量比容量为1675mAh/g，单质锂的理论放电质量比容量为3860mAh/g。锂硫电池的理论放电电压为2.287V，当硫与锂完全反应生成硫化锂(Li2S)时。相应锂硫电池的理论放电质量比能量为2600Wh/kg。

而单质硫理论放电比容量远远高于商业上广泛应用的锂离子电池。因此，硫正极活性物质是目前具有最高比容量的正极材料，锂是金属元素中具有最小的相对原子质量和最负的标准电极电势。因此，锂硫电池具有高理论放电电压、高理论放电比容量、高理论比能量，有望满足电动汽车的长远发展要求，是一种非常有前景的锂电池。据报道，锂硫电池的实际比能量已达到350Wh kg-1。但是，与锂离子电池相比，目前，锂硫电池高倍率下容量衰减严重、循环性能较差。

为了实现锂硫商业化，工作者对其进行大量研究，如中国专利申请公布号CN106981649A制备了一种石墨烯空心球-硫复合三维结构的锂硫电池正极材料，可缓解多硫化物的“穿梭效应”及正极材料体积膨胀效应，但是并不能大大提高电池循环性能，电池的高倍率性能也较差。

因此，有必要提供一种新的技术方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供一种锂硫电池正极材料制备方法，其能够降低高倍率充放电过程中的极化现象，增大电化学反应速率，提高硫的利用率及高倍率性能。

为达成上述目的，本发明的锂硫电池正极材料制备方法，所述制备方法包括：对碳材料进行亲水处理，得到亲水碳材料；

制备多硫化物有机溶液；

将亲水碳材料与多硫化物有机溶液进行反应制得硫碳复合材料。

进一步地，所述亲水碳材料与多硫化物的质量比为1:1-1:50。

进一步地，对碳材料进行亲水处理具体包括：

S11、将碳材料分散于碱性物质与溶剂形成的混合溶液中，得到混合悬浮液；

S12、将混合物置于反应釜中恒温一段时间，得到固体物质，然后研磨得到固体粉末；

S13、将固体粉末置入酸溶液中反应、过滤，得到亲水碳材料。

进一步地，制备多硫化物有机溶液具体包括：

在保护气氛下，将摩尔比为16:1-1:5的金属单质和硫单质置入有机溶剂中在温度30-300℃下反应12-72h，得到多硫化物有机溶液。

进一步地，将亲水碳材料与多硫化物有机溶液进行反应制得硫碳复合材料具体包括：

S31、将得到的亲水碳材料分散于溶剂中，并加入多硫化物有机溶液反应，得到混合悬浮液；

S32、将步骤S31得到的混合悬浮液与质量分数为1-70％的酸溶液反应得到硫碳复合材料。

进一步地，步骤S11中，所述碱性物质与溶剂形成的混合溶液浓度为0.1-5mol/L；