[发明专利]一种高稳定性的锂硫电池用复合正极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种高稳定性的锂硫电池用复合正极材料的制备方法，所述方法是采用碳包覆氟化碳作为硫的功能化载体，这可显著提高所述复合正极材料的循环稳定性、倍率性能、首次放电容量和放电电压平台；提高正极材料中活性材料利用率，对提高锂硫电池的寿命、能量及功率性能具有重要意义。采用本发明的制备方法，可以将两种包覆型结构的固相产物经球磨后融化扩散使硫熔融渗透在两相中，从而结合制备成正极材料。该工艺的技术优势在于，硫经碳包覆后、经球磨、融化扩散可以更均匀的使硫分散在所制备的正极材料中，减少硫的团聚，包覆尺度可达到纳米级。而常规硫单质与导电剂的混合不能有效包覆硫，硫团聚现象严重。

技术领域

本发明涉及的是一种高稳定性的锂硫电池用复合正极材料的制备方法，属于储能技术领域。

背景技术

随着社会经济的发展，人们对移动电源的性能要求越来越高，各种便携式电子产品配套电源向高比能量、大功率、长寿命、高安全性、高环境适应性的方向发展。锂硫电池理论比能量为2600Wh/kg，是下一代高能量密度电池技术开发的重要方向。然而，单质硫及其放电产物的电子电导率低，可溶性多硫化物产物的穿梭副反应，导致正极材料容量利用效率低、循环稳定性差、功率性能受限，严重制约了锂硫电池技术的发展。因此，亟待开发新型材料制备方法，发展高导电性、高稳定性正极材料。

发明内容

本发明的目的在于针对传统锂硫电池正极材料循环稳定性差、导电性低、容量利用率低的缺陷，提供一种高稳定性的锂硫电池用复合正极材料的制备方法。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

该种高稳定性的锂硫电池用复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将单质硫粉与导电剂混合均匀后加入气流混料机中，制备得到导电剂包覆硫复合材料；

步骤2：将氟化碳与碳源超声分散在水溶液中，水热反应，制备得到碳包覆氟化碳复合材料；

步骤3：将上述所得导电剂包覆硫复合材料与碳包覆氟化碳复合材料加入球磨罐中，干法球磨；

步骤4：将球磨后的上述材料置于在氩气气氛环境，保温后降至室温，制备得到所述锂硫电池用复合正材料。

根据本发明，步骤1中，所述气流混料机为本领域已知的气流混料机。在所述气流混料机中，可以实现导电剂对单质硫的包覆作用。

根据本发明，步骤1中，所述单质硫粉与导电剂的质量比1:0.01～0.5，例如为1:0.1～0.2。

根据本发明，步骤1中，所述导电剂包覆硫复合材料的粒径分布D₅₀为10-50μm，优选为10-30μm。粒径大于50μm的复合材料极易导致硫团聚严重，不利于后续球磨融扩过程，也会进一步导致硫分散效果的下降；粒径小于10μm则难以制备。

根据本发明，步骤1中，所述导电剂的BET比表面积不小于500m²/g，例如不小于800m²/g，所述导电剂是超级导电碳黑、科琴黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。所述导电剂的比表面积大于500m²/g时，能负载足够多的硫，并同时保持制备得到的正极材料良好导电性。若所述导电剂的比表面积小于500m²/g时，虽然可以实现包覆，但是经过后续工艺后硫容易产生团聚，损害容量、导电和稳定性能。

根据本发明，步骤1中，所述混合可以是机械混合，例如机械搅拌，磁力搅拌等。

根据本发明，步骤2中，所述氟化碳与碳源的质量比1:0.01～0.5，例如为1:0.01～0.1。

根据本发明，步骤2中，所述氟化碳为氟化碳黑、氟化鳞片石墨、氟化石油焦、氟化碳纤维、氟化中间相碳微球、氟化碳纳米管、氟化石墨烯等中的一种或几种。