[发明专利]一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种新型锂硫电池正极材料的制备方法，属于功能复合材料领域。一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，所述制备方法包括：将纳米粒子1、纳米粒子2与氧化剂制成均一的氧化性纳米粒子分散液；将氧化性纳米粒子分散液和含硫还原性前驱液搅拌反应使得含硫还原性前驱液被氧化性纳米粒子分散液中的含氧官能团氧化原位地析出单质硫，所得单质硫则先与纳米粒子1复合，然后与纳米粒子2复合，从而使得单质硫被纳米粒子1和纳米粒子2稳定地封装起来；经离心、洗涤和冻干得所述锂硫电池复合正极材料。本发明所得材料微观结构中，单质硫被很好的封装在石墨烯形成的球形壳层中，且形成蛋黄壳结构，可缓冲充放电过程中的体积变化。

技术领域

本发明涉及一种新型锂硫电池正极材料的制备方法，属于功能复合材料领域。

背景技术

随着人类社会的不断发展，人们的正常生活与能源问题之间的矛盾越发强烈。为解决能源问题，新能源的利用和能源的储存越来越受到人们的关注。而存储能源最常见的设备就是电池。如今商业化的电池有很多，根据自身的性质分别应用与不同场景。锂电池作为其中的后起之秀，由于其较高的能量密度和安全性能被广泛的应用于便携式设备和能源汽车当中。但如今，它也渐渐无法满足飞速发展的移动便携时代。商业的锂电池一般是采用磷酸铁锂，钴酸锂或者它们的复合材料作为电池正极进行使用，虽然他们的循环稳定性优异，但是其能量密度并不理想。锂电池中的锂硫电池近年来逐步得到人们的重视，并被誉为最有潜力的下一代充电电池系统。只是因为锂硫电池具有高的理论容量(1675mAh/g)，低的毒性，高的存量，价格便宜等优点。但是它的缺点也十分明显。活性物质低的导电能力，电化学反应中间产物易溶于电解液带来容量的不可逆损失，“穿梭效应”即溶解的多硫化物由于浓度差在正负极两边发生来回穿梭，造成电池内部紊乱，充放电过程中活性物质大的体积变化等问题都是阻碍其商业应用的重要原因。

为解决以上问题，研究工作者们对锂硫电池正极材料做了各种改性。一定程度上，缓解了以上问题。其中最普遍的改性手法是用单质硫和碳材料复合。因为碳材料的高的导电能力能很好改善单质硫差的导电能力。碳材料大的比表面积和其有的介孔，微孔对多硫化物都有较好的吸附效果，可以很好的缓解多硫化物的穿梭效应。碳材料中的大孔和一部分介孔还可以为离子提供离子通路改善电极对电解液的浸润能力。除了碳材料，还有很多其他材料用到锂硫电池正极的改性中，例如金属氧化物，导电高分子等。虽然其它材料的引入对硫正极都有一定的改善效果，但是载硫方法大大限制了其改善效果，因为传统的载硫方式为加热溶解单质硫在与碳材料作用。通过加热法载硫得到的复合物，碳和硫之间的相互作用较差，且容易形成大的单质硫结晶，极大的影响正极材料电化学表现。同时由于，单质硫的低活性使得其除了通过加热法之外很难再找到其他方法让其与其他材料进行良好的复合。所以，目前对一种高效有用的载硫方法的要求十分迫切。

发明内容

本发明旨在提供一种制备锂硫电池正极材料的方法，通过调整纳米粒子分散液的种类和组合，可以得到具有优异结构的单质硫复合物；该复合物制得的电极材料具有较高的比容量，好的循环性能和倍率性能。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，所述制备方法包括：

将纳米粒子1、纳米粒子2与氧化剂制成均一的氧化性纳米粒子分散液，其中，所述纳米粒子1和纳米粒子2选自具有导电性能且能够吸附多硫化物的纳米粒子，并且纳米粒子1和单质硫的极性相互作用大于纳米粒子1和单质硫的极性相互作用；

将氧化性纳米粒子分散液和含硫还原性前驱液搅拌反应使得含硫还原性前驱液被氧化性纳米粒子分散液中的含氧官能团氧化原位地析出单质硫，所得单质硫则先与纳米粒子1复合，然后与纳米粒子2复合，从而使得单质硫被纳米粒子1和纳米粒子2 稳定地封装起来；

经离心、洗涤和冻干得所述锂硫电池复合正极材料。