[发明专利]一种复合纳米结构双效固硫锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明基于纳米管结构作为支撑，在纳米管内通过水热反应生长纳米片形成物理阻隔，再加入有机配体进行化学配位，从而实现物理化学双重固硫结构，再通过二硫化碳注硫，将硫注入纳米管中得到该锂硫电池正极材料。该复合纳米结构通过物理与化学固硫双管齐下，从而实现高效固硫的目的，本发明制备方法具有原料易得、工艺简单、操作方便、成本低廉、环境友好等优点，整个反应过程对制备设备要求低，利于工业化生产，制备的材料能有效抑制多硫化物的穿梭效应，提高锂硫电池的循环寿命，缓解体积膨胀，提高其电化学性能，进一步应用于新能源领域。

技术领域

本发明具体涉及一种复合纳米结构双效固硫锂硫电池正极材料的制备方法，属于新能源材料的制备技术领域。

背景技术

锂硫电池具有高能量密度、低成本、环境友好等诸多优点,被认为是最具潜力的下一代二次电池体系。然而，低的循环寿命依旧限制着锂硫电池的商业化应用。锂硫电池的高衰减性由诸多因素构成，包括多硫化物(Li₂S_x,4≤x≤8)产生的穿梭效应，硫在充放电过程中较大的体积变化(～80％)和硫的绝缘性。为了提高锂硫电池的循环寿命，抑制多硫化物的溶解至关重要。多硫化物可以溶解在电解液中并迁移到电池正极，从而导致一系列副反应的发生。穿梭效应也会导致Li₂S₂和Li₂S在正极随机发生沉淀，致使电极材料型形貌发生改变，影响锂硫电池的循环稳定性。

因此，如何有效的“捕获”多硫化物成为了提高锂硫电池循环寿命的一大途径，比如表面包覆，制备新型电解液和利用中空微孔碳等。锂硫电池正极材料需要有一个紧密的结构从而防止多硫化物的穿梭效应，有限的比表面积减少硫与电解液的接触，有限的空间抑制硫的体积变化，提供快速的离子传输，大的导电表面以供绝缘的Li₂S₂和Li₂S沉积，合适的电解液添加剂钝化金属锂表面以减少穿梭效应。因此，探索一种有效固硫的锂硫电池正极材料的制备方法具有重要的现实意义。本发明通过在纳米管中引入硫化物纳米片进行物理固硫，再引入有机配体进行化学固硫，通过物理与化学固硫双管齐下，从而实现高效固硫的目的，抑制多硫化物的穿梭效应，提高锂硫电池的循环寿命。

发明内容

本发明目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种能有效固硫，抑制多硫化物穿梭效应的方法，该方法通过物理化学双效固硫，有效抑制多硫化物的穿梭效应，提高锂硫电池循环寿命，以满足当前对新能源材料的需求。

本发明目的可以通过以下技术方案来实现：

一种复合纳米结构双效固硫锂硫电池正极材料的制备方法，包括下列步骤：

(1)将一定比例的硫源及金属盐置于一定体积的短链醇中，磁力搅拌30～90分钟形成澄清溶液，然后加入纳米管A，在150～200℃下反应12～36小时得到硫化物纳米片B修饰的纳米管A₁。

(2)将一定浓度的有机配体加入步骤(1)所得的纳米管A₁中，抽真空10～30min后，将纳米管转移到鼓风干燥箱中，在60～80℃下干燥1～3小时得到配体C进一步修饰的纳米管A₂。

(3)将单质硫溶于二硫化碳中，超声分散形成悬浊液，通过抽真空的方式将上述悬浊液抽到纳米管A₂中，蒸干溶剂后放入马弗炉中155～245℃低温热处理12～24小时后，自然冷却至室温后便得到该复合材料。