[发明专利]一种纳米级碳包覆硫化锂复合材料及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种纳米级碳包覆硫化锂复合材料及其制备方法和作为锂硫电池正极材料的应用。本发明采用湿化学法在硫化锂溶液中添加形核引发剂，以聚甲基吡咯烷酮为分散剂，在真空或加热条件下，除去溶剂得到纳米级硫化锂颗粒；之后通过化学气相沉积法，在制备的硫化锂颗粒表面包覆一层石墨化碳层，即得。本发明复合材料呈颗粒状，颗粒尺寸分布在80～120nm，其中碳包覆层厚度约为10～20nm。本发明的纳米级碳包覆硫化锂复合材料非常适合作为锂硫电池正极材料，硫化锂含量高，材料结构稳定、充放电比容量高，循环性能优异，倍率性能出色等特点且制备方法所需原材料成本较低、制备简单、过程易控制，适合于大规模生产。

主权项

1.一种纳米级碳包覆硫化锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将硫化锂、形核引发剂和表面活性剂分散于有机溶剂中，在保护气氛下，在20℃～50℃温度下封闭搅拌10h～20h，得到分散均匀的黑色悬浊液；所述表面活性剂为聚甲基吡咯烷酮，所述的形核引发剂为纳米级导电炭黑，或是纳米级Cabot炭黑；所述的硫化锂、形核引发剂和表面活性剂三者的质量比为1：0.1～0.2：0.05；2)将步骤1)得到的黑色悬浊液除去溶剂，得到前驱体产物；3)将步骤2)得到的前驱体产物在惰性气体保护气氛下700℃～900℃煅烧1～3h，冷却后得到纳米硫化锂粉末；4)将步骤3)中得到的纳米硫化锂粉末研磨通过化学气相沉积进行碳包覆，在氩气保护气氛下将粉末加热到500℃～700℃，通入乙炔与氩气的混合气体，并保温15min～60min进行气相沉积，沉积结束后，将气体切换为氩气保护气氛，冷却后得到锂硫电池正极用碳包覆的纳米硫化锂复合材料粉末；所述的乙炔与氩气的体积流量比为1：2～5；5)将步骤4)得到的锂硫电池正极用碳包覆的纳米硫化锂复合材料粉末研磨后重复步骤4)过程2～4次；6)最后一次气相沉积结束后，将温度升高至750℃～900℃，在氩气保护气氛下，煅烧1～3h，将碳沉积层石墨化，得到纳米级碳包覆硫化锂复合材料。