[发明专利]一种锂硫电池正极的制备方法

说明书

一种锂硫电池正极制备方法，所述方法采用气相沉积法在硫电极表面制备氮掺杂的碳膜，利用碳膜隔离硫电极活性材料与电解液，利用掺杂的氮原子吸附多硫化锂，阻碍多硫化锂溶解于电解液，改善锂硫电池的循环放电稳定性。本发明先将硫分散在导电剂表面，提升硫的导电性。制得硫电极后，采用气相沉积法在硫电极表面制备氮掺杂的碳膜，制得氮掺杂碳膜‑硫电极。循环充放电测试结果表明，制备的氮掺杂碳膜‑硫电极具有较高的循环放电稳定性。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池正极的制备方法，属锂硫电池技术领域。

背景技术

锂硫电池是一种锂二次电池，其采用硫作为正极活性材料。硫的理论质量比容量是1675mAh/g，锂硫电池的理论质量比能量是2600Wh/kg。此外，硫的价格低廉，且硫对环境友好，这使得锂硫电池具有发展前景。

锂硫电池存在一些问题，锂硫电池的循环放电稳定性较低，这是由于几方面的因素。首先，硫的导电性较差，单质硫在25℃的电导率为5×10^-30S/cm，硫是电子绝缘体，在没有与导电剂接触的硫难以进行电化学反应。其次，硫电极中硫的中间放电产物多硫化锂容易溶解于电解液，这造成活性物质的损失及锂电极被腐蚀。再次，溶解在电解液中的多硫化锂在放电结束时生成二硫化锂和硫化锂，二硫化锂和硫化锂沉积在硫电极表面，在循环充放电过程中，活性物质的重复溶解和沉积容易造成活性物质的聚集，活性物质的电化学反应活性降低，锂硫电池循环放电比容量减小。

常用的改善锂硫电池性能的方法是利用吸附物质与硫形成复合材料，将硫及多硫化锂吸附在硫电极表面，阻碍活性物质溶解于电解液。但是这种吸附作用对载硫量高的硫电极效果不明显，且正极活性物质与电解液直接接触，部分多硫化锂溶解于电解液而损失。

为了阻碍多硫化锂溶解于电解液，需要将正极活性材料与电解液隔离，且多硫化锂被限制在正极。

公开号CN110649222A公开了一种锂硫电池正极的制备方法，所述方法包括硫-导电剂复合物的制备、硫电极的制备和导电层-硫电极的制备。但是亚氧化钛Ti₄O₇导电层密度和质量较大，这造成锂硫电池整体能量密度降低，这导致锂硫电池高能量密度的优势难以显现。

发明内容

本发明的目的是，为了阻碍多硫化锂溶解于电解液，改善锂硫电池性能，且对硫电极的质量影响较小，提出一种锂硫电池正极的制备方法。

实现本发明的技术方案如下，一种锂硫电池正极的制备方法，所述方法将硫分散在导电剂表面，采用反应磁控溅射的方法制备氮掺杂的碳膜，利用碳膜隔离正极活性材料与电解液，利用氮掺杂的氮原子吸附多硫化锂，阻碍多硫化锂溶解于电解液，以改善锂硫电池的性能。且氮掺杂的碳膜密度和质量较低，对硫电极的质量影响较小。

所述方法的步骤如下：

（1）硫-导电剂复合材料的制备

称取一定质量比的硫和导电剂碳黑，硫和碳黑的质量比范围为（65∶35）~（75∶25）；将硫和碳黑放入球磨罐中，球磨转速范围为260-280r/min，球磨混合5-7h，制得硫-导电剂复合材料。

（2）硫电极的制备

将制备的硫-导电剂复合材料与粘结剂聚偏氟乙烯和碳黑SuperP以质量比为8∶1∶1混合，加入溶剂N-甲基吡咯烷酮调制成浆料；将所得浆料涂覆在15μm厚铝箔上，在90℃真空干燥15h，制得硫电极。

（3）氮掺杂碳膜的制备

采用气相沉积法制备氮掺杂碳膜；将硫电极放入气相沉积装置中，正极与负极之间的距离为14~16cm；通过机械真空泵和分子泵抽真空至8×10^-4Pa，后向装置中通入反应气体；在合适的气压条件和功率条件下沉积，制备时间为4~5h，制得氮掺杂碳膜。