[发明专利]一种高含硫的锂硫电池正极材料制备方法

说明书

本发明属于电极材料的技术领域，具体的涉及一种高含硫的锂硫电池正极材料制备方法。所述高含硫的锂硫电池正极材料制备方法，包括以下步骤：(1)制备Ni(OH)₂前驱体；(2)制备Ni(OH)₂@CNT；(3)制备S/Ni(OH)₂@CNT。该制备方法制得的材料在显著提高活性物质负载率的同时，有效避免了锂硫电池的体积膨胀效应。

技术领域

本发明属于电极材料的技术领域，具体的涉及一种高含硫的锂硫电池正极材料制备方法。

背景技术

随着社会科技的进步，人们对能源需求增加的同时，愈加重视对环境的保护。目前锂硫电池在拥有极高能量密度与理论容量的同时，其活性物质硫具有价格便宜、储量资源丰富和对环境无污染等特点，成为最具发展潜力的低成本储能体系之一。然而锂硫电池仍存在如下问题制约其商业化发展：(1)活性物质硫及其产物硫化锂均不导电；(2)硫电极在循环过程中体积膨胀破坏电极结构；(3)充放电过程中的“穿梭效应”导致容量衰减，反应动力学缓慢。因此，提高正极材料导电性，设计合适的结构材料用于储硫缓冲体积膨胀问题，提高对多硫化物吸附的同时催化加速其转化反应动力学，成为锂硫电池商业化发展亟需解决的技术问题。

为了解决上述充放电过程中的问题，最常见的技术为将硫注入各种多孔碳材料中，如石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、金属有机骨架(MOFs)衍生碳和生物质材料。然而由于极性中间多硫化物与非极性碳之间的相互作用较弱，上述碳材料在电化学循环过程中并不能抑制中间多硫化物在电解液中的溶解，因此现有的碳-硫(C-S)复合材料的性能通常会迅速衰减。此外C-S复合材料中的硫含量通常小于75wt％，因为复合材料中的高硫含量易形成大的硫颗粒，会增加电子和Li⁺的扩散路径并导致比容量严重降低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中硫-碳纳米管复合材料中的活性物质负载率低；体积膨胀效应明显以及实际充放电比容量不高，难以实现工业化生产的缺陷而提供一种高含硫的锂硫电池正极材料制备方法，该制备方法制得的材料在显著提高活性物质负载率的同时，有效避免了锂硫电池的体积膨胀效应。

本发明的技术方案为：一种高含硫的锂硫电池正极材料制备方法，包括以下步骤：

(1)制备Ni(OH)₂前驱体：首先将NiCl₂·6H₂O和尿素分别溶于去离子水中，配置得到氯化镍溶液以及尿素溶液；将两溶液混合形成淡绿色溶液，搅拌均匀；然后增大一倍转速，在搅拌条件下将氨水溶液逐滴滴入淡绿色溶液中，形成蓝色溶液，即Ni(OH)₂前驱体；

(2)制备Ni(OH)₂@CNT：首先取羧基化多壁碳纳米管水浆分散于无水乙醇中，在搅拌条件下，将羧基化多壁碳纳米管乙醇溶液均匀分散至步骤(1)所得蓝色溶液中，形成分散液；然后将分散液转移至高压反应釜中，密封并置于120℃恒温下保温12小时，将反应后的溶液离心、洗涤和干燥，得到Ni(OH)₂@CNT粉末，备用；

(3)制备S/Ni(OH)₂@CNT：首先将升华硫粉与步骤(2)制得的Ni(OH)₂@CNT混合并研磨，再边滴加二硫化碳边研磨,直至无升华硫析出；然后将研磨后的粉末置于反应釜中,密封并置于烘箱中，在155～165℃下保温12～16h，自然冷却至室温，即得S/Ni(OH)₂@CNT，该材料载硫量达到质量百分比60～70％。

所述步骤(2)制备所得的Ni(OH)₂@CNT为空心球形结构，该球形结构由空心结构的氢氧化镍纳米片相互交错形成，并保留氢氧化镍的层状结构；其中氢氧化镍纳米片厚度为3～5nm。