[发明专利]一种锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明的一种锂硫电池正极材料的制备方法，步骤如下：按配比，取单质硫在液相中进行球磨，形成硫纳米颗粒分散液；向分散液中加入偶联剂，混合均匀获得混合物；配制相应浓度的氧化石墨烯溶液，将混合物与氧化石墨烯溶液按配比混合均匀后，烘干，制备得锂硫电池正极材料。本发明通过在液相中进行高能球磨，将硫制备成硫纳米颗粒，且能够防止团聚现象，以获得分散均匀的硫纳米颗粒分散液，通过加入偶联剂，使得硫纳米颗粒带有官能团，便于与氧化石墨烯表面官能团结合，获得纳米硫和石墨烯均匀混合体。本发明的制备方法简单、适合大规模生产，硫颗粒与石墨烯结合紧密，导电性能优良。

技术领域：

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法。

背景技术：

随着智能电网、空间技术和电动汽车等领域的飞速发展，人们对高容量、长循环寿命、低成本及环境友好的化学储能器件的开发开发成为研究热点，金属锂为负极、单质硫或含硫材料为正极的锂硫电池，根据单位质量的单质硫被完全还原为硫化锂所能提供的电量课计算出锂硫电池的放点理论容量为1675mAh/g，理论能量密度为2567Wh/Kg，与传统的锂离子电池相比，锂硫电池满足以上需求特点，有望代替成规锂离子电池成为未来的高能量密度、长寿命的二次电池。但是锂硫电池在实际应用中仍存在诸多问题，如硫的低电导率和在充放电过程中含硫材料会发生剧烈的体积变化，将会破坏其结构的稳定性，导致循环过程中正极材料从集流体上粉化脱落，同时循环过程中产生的多硫化物会产生“穿梭效应”，更会引起比容量的急剧衰减，降低库伦效率，导致循环性能的下降。

现有技术中，提高锂硫电池性能的方案主要有正极硫基结构的优化与材料的改性，通过熔硫方法将单质硫和高孔隙率的多孔材料机械复合成正极复合材料，从而改善正极锂离子电导率和电池循环性能。对多孔材料要求具有不与多硫化物及金属锂发生反应的化学稳定性，且不溶于电解质，具有较高的锂离子电导率。熔硫的方法虽然简单，但是易形成结块硫，影响正极材料的利用率。而纳米级硫分散是一个难题，因为纳米级硫团聚很严重，很难将导电剂与硫颗粒混合均匀。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，本发明采用高能球磨的方法将硫制备成硫纳米颗粒，为了防止团聚，球磨在液相中进行，获得了分散均匀的硫纳米颗粒分散液。为了使纳米硫颗粒与石墨烯充分混合，又加入偶联剂，使得硫纳米颗粒带有官能团，方便与氧化石墨烯表面官能团结合，获得纳米硫和石墨烯均匀混合体。本发明制备方法简单、适合大规模生产，硫颗粒与石墨烯结合紧密，导电性能优良。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂硫电池正极材料的制备方法，按照以下步骤进行：

步骤1，球磨：

(1)按配比，取单质硫在液相中进行球磨，形成硫纳米颗粒分散液；其中，所述的单质硫与液相按质量配比为(1～9)：10添加；

(2)向硫纳米颗粒分散液中加入偶联剂，混合均匀获得混合物；

步骤2，氧化石墨烯溶液制备：

配制氧化石墨烯溶液，所述的氧化石墨烯溶液质量浓度为5～90％；

步骤3，锂硫电池正极材料制备：

按质量配比，混合物：氧化石墨烯溶液＝(10～1)：(1～10)，将混合物和氧化石墨烯溶液混合均匀后，烘干，制备得锂硫电池正极材料。

所述的步骤1(1)中，液相为去离子水或去离子水和酒精的混合溶液，所述的去离子水和酒精的混合溶液中，酒精占混合溶液的比例≤50％。

所述的步骤1(1)中，单质硫的球磨采用高能球磨，转速为500～1000r/min，球磨时间为1～40h。

所述的步骤1(1)中，单质硫经球磨后获得硫纳米颗粒。