[发明专利]一种锂硫正极复合材料的制备方法

说明书

本发明是一种锂硫正极复合材料的制备方法，该正极复合材料为具有中空结构的富锂锰基纳米线与硫的复合物，该方法首先分别配制PVP有机溶液及含有乙酸锂、乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰的金属盐溶液，然后将金属盐溶液缓慢向PVP溶液中滴加并搅拌制得纺丝前驱液；将前驱液静电纺丝得到前驱体纳米纤维；随后将前驱体纳米纤维干燥并于一定温度下煅烧一定时间制得富锂锰基纳米线；最后将富锂锰基纳米线同S混合，于一定温度下煅烧一定时间获得最终产物。所制得正极复合材料电化学性能突出，由此制备的电极具有高质量比容量、高体积比容量及长循环寿命。

技术领域

本发明是一种锂硫正极复合材料的制备方法，属于电池技术领域。

背景技术

锂硫电池以其高比能量、原料廉价、环境友好等特点，被认为是继锂离子电池之后最有可能实用化的二次电池新体系。经过近几年技术攻关，锂硫电池质量能量密度不断得到提高，所制备的锂硫软包电池已实现600Wh/kg。虽然具有高的质量能量密度，但其低的体积能量密度(～325Wh/L)远远低于目前商用锂离子电池(～700Wh/L)水平。目前学者通过提高S含量，选用高密度碳材料提高体积能量密度，虽然在一定程度有所改善，但仍有很大提升空间。同时，通过提高电极压实密度等方法，虽能明显提高电极体积能量密度，但会降低电极孔隙率，进而降低电解液润湿性，导致材料低的克容量发挥。同时，多硫化物穿梭效应、硫单质导电性差等导致的循环性能差等问题，也大大限制了锂硫电池的商业化应用。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种锂硫正极复合材料的制备方法，该制备方法针对现有锂硫电池存在的体积能量密度低、循环性能差等问题而设计提供。该制备方法设计制备出具有中空结构的富锂锰基纳米线，该材料具有高的比表面积及良好电子导电性。以此作为载硫体，制备得到富锂锰基@S复合材料。所制备的复合正极材料具有高振实密度及真密度，大幅提高电极的体积比能量；同时纳米富锂锰基材料在充放电反应过程中具有电催化特性，提高多硫化物反应动力学，从而提高了硫的利用率，抑制了穿梭效应，保证了电极质量比容量，提高了循环寿命；此外，该材料具有高的电化学窗口(1.6～4.8V)，与兼容型电解液匹配，将发挥更高的克容量。

本发明所述制备方法的步骤如下：

步骤一、以PVP为溶质，以DMF为溶剂，配制PVP有机溶液，PVP有机溶液的质量分数为6％～12％；

步骤二、以乙酸锂、乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰为溶质，以DMF为溶剂，配制金属盐溶液，金属盐溶液的质量分数为12％～24％；

步骤三、搅拌PVP有机溶液同时向其中缓慢滴加混合盐溶液，制得纺丝前驱液；

步骤四、用纺丝前驱液进行静电纺丝，制得前驱体纳米纤维；该步骤的作用是合成富锂锰基纳米线，利用其本身团聚缠绕特性，能够对S进行网状包裹，产生造粒效果，同时抑制多硫化物等的溶解，从而提高材料振实密度及循环性能；

步骤五、将得到的前驱体纳米纤维干燥、煅烧，得到富锂锰基纳米线；该步骤是为了得到具有中空结构的富锂锰基纳米线，提高材料的比表面积，提供足够的载硫空间，利于S的吸附；同时材料本身具备电催化特性，提高S的克容量发挥；相比碳材料，对多硫化物具有更强的吸附能力，抑制多硫化物的穿梭效应，提高循环稳定性；

步骤六、将富锂锰基纳米线同S在Ar气氛下，于一定温度下煅烧一定时间，得到最终锂硫复合正极材料，该步骤的作用是使富锂锰基同S均匀复合，制得最终化学性能稳定且优异的正极复合材料。

在实施中，所述步骤一中的PVP有机溶液的质量分数为6％～10％，所述步骤二中的金属盐溶液的质量分数为12％～20％，其中，质量分数为6％的PVP有机溶液与质量分数为12％的金属盐溶液配合使用，质量分数为10％的PVP有机溶液与质量分数为20％的金属盐溶液配合使用，混合后制得纺丝前驱液；