[发明专利]一种锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂硫电池正极材料的制备方法，属于锂硫电池材料技术领域。该制备方法通过将碳源，功能化材料前驱体按照一定比例溶于去离子水中，经干燥，热处理工艺，洗去多余造孔模板得到ZnFe₂O₄/C材料，再经热熔融法掺硫的工艺制备得到ZnFe₂O₄/C/S复合材料；与现有技术相比，本发明同步实现了铁酸锌的制备及多孔结构的碳材料对铁酸锌材料的包覆，简化了工艺流程，节约了制造成本；将ZnFe₂O₄/C/S复合材料作为正极材料应用于锂硫电池，有效地改进了锂硫电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，具体涉及一种锂硫电池材料的制备方法；

背景技术

随着现代社会对能源的需求逐渐增多，如新能源汽车以及大型储能设备等，对电池的能量密度要求亟待提高，而已商业化的锂离子电池理论比容量受自身理论比容量为300mAh/g的限制，显然已不能满足对锂离子电池实际应用的要求。在新型高比容量、高比能量的电化学储能体系中，锂硫电池的理论比容量约为商业化锂离子电池理论比容量的五倍(理论比容量为1675mAh/g，比能量为2500Wh/kg)，并且耐过充安全性高，硫资源丰富、廉价、对环境友好，被认为是最具有发展潜力的高能电池之一。

但是锂硫电池在实际应用上仍然存在一些难题。其一，室温下纯硫是电子和离子的绝缘体(电导率为5×10^-30S·cm^-1)，电子和离子在以硫为正极材料的正极中的传输非常困难；其二，硫在充放电过程中约有80％的体积变化对电极容易造成损害；其三，硫在充放电过程中形成可溶性多硫化物穿梭于正负极造成穿梭效应，使得电池的循环性能普遍较低。

为了克服现有技术制备的锂硫电池正极材料中硫的有效负载量低，多硫化物“穿梭效应”明显，锂硫电池的体积膨胀效应显著以及电池的电化学性能不稳定的缺陷，研究表明，采用多孔结构的碳材料作为负载活性硫基体物理限制多硫化物，同时加入可以吸附多硫化物的功能化材料化学吸附固硫是目前改善锂硫电池整体性能较为有效的方法。

发明内容

基于背景技术中存在的技术缺陷，本发明的目的之一在于提供锂离子电池正极材料的制备方法，该方法制备工艺简单，成本低廉，易于实现规模化生产。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将碳源、功能化材料前驱体溶于去离子水中，均匀混合；

其中，所述碳源、铁源、锌源的质量比为1～6:6～15:0.5～5；

所述功能化材料前驱体包括铁源和锌源；

步骤二、将得到的混合物进行冷冻干燥，得到混合前驱体；

其中步骤二中所述冷冻干燥过程为将混合物冷冻干燥机中，设置在-15～-20℃下结晶11～13h，然后真空升华干燥；

步骤三、将得到的混合前驱体进行热处理；

其中，步骤三中所述热处理过程为在氩气气氛下，110～120℃下保温1.0～2.0h，以除去氯化铁中的结晶水，接着升温至500～800℃，保温2～4h后，自然冷却至室温，得到碳化后的混合粉末；

步骤四、将步骤三得到的混合粉末进行碱洗，以洗去混合粉末中多余的用于造孔的氧化锌，得到ZnFe₂O₄/C复合材料；

其中，所述碱洗过程具体为将混合粉末置于200ml的强碱溶液中，加热至75～90℃，保温3.5～5.5h后过滤，并反复用去离子水清洗，从而得到ZnFe₂O₄/C复合材料；