[发明专利]高循环性能锂硫电池正极材料及其制备方法和锂硫电池

说明书

本发明的目的在于提出一种高循环稳定性的锂硫电池正极材料的制备方法；该方法采用水热法，以钨酸钠(Na₂WO₄·2H₂O)和硫代乙酰胺(C₂H₅NS)作为原料，经严格控制水热反应的温度和时间等条件，制备得到了自组装千层状WS₂纳米结构。然后用液相法将升华硫负载到制备得到的WS₂纳米片中，最后将制备得到的WS₂/S复合材料与一定比例的导电剂和粘结剂混合，调浆，拉膜，干燥，打片，作为电池正极，锂片作为电池负极，再组装成锂硫电池。该方法具有合成生长条件严格可控、工艺简单、成本低廉等优点；所获得的WS₂/S复合材料制备过程简单，用于锂硫电池正极材料，获得较高的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，涉及一种高纯度、千层状WS₂纳米片结构作为锂硫电池正极及其制备方法、锂硫电池。

背景技术

锂硫电池以其超高的理论比容量(1675mAh/g)和能量密度(2600Wh/Kg)被人们广泛关注。并且硫的自然储存量大，来源广泛，价格低廉，无毒副作用，对环境友好，被誉为极具开发前景的下一代绿色电化学储能系统。然而，硫的绝缘性、体积膨胀收缩和充放电过程中产生的中间产物穿梭效应等问题限制了锂硫电池的商业化发展道路。所以开发研究新型材料解决这些问题对锂硫电池的应用具有十分重要的意义。

经研究表明，二硫化钨的边缘有许多活性位点对锂硫电池中间产物-多硫化锂有较强的吸附作用，将二硫化钨应用于锂硫电池中，可以通过化学吸附作用将多硫化锂限制在硫阴极，较少穿梭效应对电池容量衰减的影响。但是由于WS₂的吸附性能是由其边缘活性位点表现出来的，所以合成制备出具有更多层状边缘活性位点的WS₂纳米片对提高其性能有很大的作用。

本发明首次提出利用千层状WS₂纳米片与升华硫复合作为锂硫电池的正极材料。本发明所使用的千层状WS₂纳米片结构为本发明人在发明专利“一种自组装千层状WS2纳米结构的制备方法”(见专利号或申请号：中国专利201810747736.3)中所合成的产品。制备出的千层状WS₂纳米结构外观呈现片状规律堆积，形貌可控，大小均匀，结晶良好，纯度高；电池制备过程简单，电池循环稳定大大提高，比容量也大大提高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高循环稳定性的锂硫电池正极材料的制备方法；该方法采用水热法，以钨酸钠(Na₂WO₄·2H₂O)和硫代乙酰胺(C₂H₅NS)作为原料，经严格控制水热反应的温度和时间等条件，制备得到了自组装千层状WS₂纳米结构。然后用液相法将升华硫负载到制备得到的WS₂纳米片中，最后将制备得到的WS₂/S复合材料与一定比例的导电剂和粘结剂混合，调浆，拉膜，干燥，打片，作为电池正极，锂片作为电池负极，再组装成锂硫电池。该方法具有合成生长条件严格可控、工艺简单、成本低廉等优点；所获得的WS₂/S复合材料制备过程简单，用于锂硫电池正极材料，获得较高的循环稳定性。

本发明提出的自组装千层状WS₂纳米片用作锂硫电池正极材料制备方法，其特征在于，所述方法通过简单的液相法将升华硫负载到WS₂纳米片上，再与一定比例的导电剂和粘结剂混合，调成浆料，涂覆到铝箔上，干燥、打片，作为电池正极，锂片作为电池负极，最后组装成电池，包括以下步骤：

(1)将水热法制备得到的千层状WS₂纳米片与升华硫复合，得到WS₂/S复合材料。

(2)将WS₂/S复合材料与一定比例的导电剂和粘结剂混合、研磨，加入特定溶剂，调成浆料，得到锂硫电池正极浆料。