[发明专利]一种锂硫一次电池用纳米正极材料的可控制备方法

说明书

本发明为一种锂硫一次电池用纳米正极材料的可控制备方法。该方法包括如下步骤：第一步，制备银纳米线：第二步，制备银纳米线/硫复合材料：将第一步洗涤完毕的银纳米线、无水乙醇、纳米硫粉按质量比1：(1～3)：(1～3)置于球磨机中，以100～500rpm球磨2～4h，将球磨所得的混合物置于氮气氛围保护下的管式炉中，在100～200℃下热处理5～10h，制得银纳米线/硫复合材料。本发明解决了现有技术所制备的锂硫一次电池正极材料导电性不高、载硫量不高的问题，提高了锂硫一次电池的电化学性能。

技术领域

本发明的技术方案涉及由活性材料组成的电极材料的制备过程，具体地说是一种锂硫一次电池用纳米正极材料的可控制备方法。

背景技术

锂硫电池是以硫单质为正极活性物质，锂单质为负极活性物质的新一代锂电池。其具有超高的理论比容量(1675mAh/g)和超高的理论能量密度(2600Wh/kg)，是锂离子电池理论能量密度(约500Wh/kg)的5倍还多；且正极活性物质硫是地壳中储量丰富的元素之一，具有价格低廉、环境友好等特点，完全能够满足人们对新一代电池的需求。事实上，锂硫二次电池的循环性能及充放电安全性能和商业化锂离子电池相比较还存在一定差距，尚不能满足能源电池的商业化标准。但是该电池体系具有非常高的初始放电比容量，且电池一经组装即处于满电状态，可直接对负载供电，符合一次电池的使用要求，具有潜在的商业化价值。

然而，锂硫一次电池仍然存在一些问题有待解决：(1)因硫与硫化锂的密度不同导致的正极材料体积膨胀(膨胀率达76％)；(2)硫及硫化锂是电子绝缘体，需要添加导电剂才能使活性物质得到有效利用，导电剂的添加降低了电池的能量密度；(3)放电中间产物多硫化锂易溶于电解液，溶于电解液的多硫化锂在浓差作用下扩散到负极，发生自放电反应生成不溶于电解液的固态Li2S2、Li2S覆盖在负极表面，增大了电池的阻抗，影响放电效率，同时也造成了电池容量的损耗。

现有锂硫电池技术中，主要通过硫正极的改性来克服其固有缺陷。中国专利CN103219519A公开了一种石墨烯/硫复合结构锂硫电池正极材料制备方法，首先制备硫粉、有机胺分散液与石墨烯有机溶剂，将两者混合得到第三分散液，通过滴加水或酸液进行固液分离，最终得到锂硫电池正极材料，该材料虽然在一定程度上改善了锂硫电池的性能，但正极材料中硫的有效负载量低，降低了电池的能量密度；另外，石墨烯材料价格昂贵，增加了电池的制造成本。中国专利：CN106025216A公开了一种可用于锂硫电池正极的生物质碳材料的制备方法，该方法通过对生物质碳材料进行高温碳化、酸处理改性、熔融掺硫等来制备了具有多孔性、吸附性的锂硫电池正极材料，该材料能提高电极材料的导电性、缓解电极材料的体积膨胀，提高了电池的电化学性能，但经过酸处理后的材料的化学稳定性较差。中国专利：CN106663797A公开了一种可用于锂硫电池正极的碳/硫复合材料，该材料具有碳骨架和孔隙交联的共连续结构，并且具有高比表面积，导电性，导热性等优点，但该方法所涉及的碳化过程需要提供很高的温度，制备成本较高。

发明内容

本专利要解决的技术问题是提供一种锂硫一次电池用纳米正极材料的可控制备方法，具体来讲本是一种银纳米线/硫复合材料的可控制备方法。

本专利以硝酸银为原料，PVP为抑制剂，通过孕育成核，生长成银纳米线，最后再与硫复合，制备出可用于锂硫一次电池正极的银纳米线/硫复合材料。本专利所提供的锂硫一次电池正极材料具有载硫量高、结构稳定、可进行大功率放电等优点；还具有形貌可控和成分可控的特点。克服了现有银纳米线制备技术中银纳米线直径较大，宏观尺寸较短的缺点；克服了现有一次锂电池技术中，电池比容量较低的技术难题。

本发明的技术方案为：

一种锂硫一次电池用纳米正极材料的可控制备方法，包括如下步骤：

第一步，制备银纳米线：

将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于乙二醇中配置成溶液，其中溶液浓度为(0.1～10)wt.％，记为溶液A；