[发明专利]一种碳/硫化锂复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳/硫化锂复合材料的制备方法，包括：S1)将有机硫酸锂与第一高分子聚合物在溶剂中混合，得到混合溶液；S2)将所述混合溶液经喷雾干燥或静电纺丝后得到前驱体复合材料；S3)将所述前驱体复合材料在保护气氛中高温碳化，得到碳/硫化锂复合材料。与现有技术相比，本发明以有机硫酸锂作为碳源，其含有有机基团，在高温碳化过程中会变成碳，并与硫酸锂均匀地复合或镶嵌在一起，利用自带有机长链，在高温热还原的过程中既提供了硫酸锂，又提供了丰富的碳源，因此可将原位热还原后的硫化锂均匀的分散在碳材料中，同时还可有效地防止硫化锂的团聚，控制硫化锂颗粒的大小，进而提高复合材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种碳/硫化锂复合材料的制备方法。

背景技术

伴随着不可再生能源的逐渐枯竭，发展可持续新型可再生清洁能源已经成为各国当务之急的任务，而传统的锂离子电池已无法满足市场的需求，因此急需寻找一种新型高能量密度的电池材料来替代。

锂硫电池以硫为正极活性材料时，具有1675mAh/g的高理论比容量，并且单质硫具有成本低、资源丰富、环境友好等优势，而以锂硫电池的产物硫化锂为正极活性材料时，同样具有1166mAh/g的高理论比容量，因此锂硫电池极具开发前景。并且，由于碳/硫复合材料价格低且制备过程简单而被广泛的研究，但该材料在首次充放电的时候会产生大约80％的体积膨胀，严重的破坏了正极材料原本的结构，降低了活性硫材料的利用率，从而影响了电池的电化学性能。而碳/硫化锂复合材料先充电再放电的电化学行为过程，则很好的避免了在充放电过程中活性物质体积变化对材料的结构的破坏，并且该材料还可以选用出锂金属之外的负极材料，可有效的排除锂枝晶带来的安全问题。但是硫化锂又是一个对水分及其敏感的材料，使得在制备、保存的方面严重受阻，因而导致硫化锂材料价格昂贵，限制了硫化锂电池的规模性生产。

传统的锂硫电池都是需要经过两步操作，即先制备好结构优异的碳材料，再将单质硫与其复合而制得碳/硫复合材料。但单质硫复合并不一定均匀，同时该复合材料对碳结构要求也比较高，这些影响因素都会影响到电池的电化学性能。

而碳/硫化锂复合材料的制备有两种方法，一种是先制备出硫化锂，然后再与多孔碳材料复合，另一种则是直接通过高温碳热还原硫酸锂制得碳/硫化锂复合材料。显然第一种方法操作过程复杂，并且很难将碳与硫化锂均匀复合，同时硫化锂材料的制备对生产设备及环境要求是非常的高，无形的又提高了材料的制备成本，根据现有硫化锂材料制备的专利报道，在生产制备硫化锂的过程中都会产生或使用硫化氢气体，一方面会对环境造成污染，另一方面也会对人身安全造成威胁。而第二种方法既能制备出均匀的碳/硫化锂复合材料，又能避免直接使用对水分及其敏感和昂贵的硫化锂。但直接用硫酸锂与碳或含碳有机物高温碳热还原制得碳/硫化锂复合材料，存在硫酸锂的颗粒比较大，硫酸锂的颗粒无法非常均匀地分散在碳前躯体中，并且在碳热还原后制得的硫化锂颗粒也会比较大，最终会严重影响所制复合材料的电化学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种活性物质分散性好的碳/硫化锂复合材料的制备方法。

本发明提供了一种碳/硫化锂复合材料的制备方法，包括：

S1)将有机硫酸锂与第一高分子聚合物在溶剂中混合，得到混合溶液；

S2)将所述混合溶液经喷雾干燥或静电纺丝后得到前驱体复合材料；

S3)将所述前驱体复合材料在保护气氛中高温碳化，得到碳/硫化锂复合材料。

优选的，所述有机硫酸锂为十二烷基硫酸锂；所述第一高分子聚合物选自聚丙烯腈、聚苯胺、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇与聚丙烯酰胺中的一种或多种；所述溶剂选自乙醇、水、二甲基甲酰胺与N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

优选的，所述步骤S1)具体为：

将有机硫酸锂与第一溶剂混合，得到有机硫酸锂溶液；