[发明专利]一种锂硫电池正极复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种锂硫电池正极复合材料，其特征在于：其包含有氧化炭黑、导电聚合物和单质硫，氧化炭黑颗粒为正极复合材料的结构核心，导电聚合物形成正极复合材料的框架，导电聚合物呈球状网络孔隙结构，球状网络孔隙表面及内部沉积有单质硫。

2.根据权利要求1所述的一种锂硫电池正极复合材料，其特征在于：所述的锂硫电池正极复合材料按重量百分比计，各组分含量为，氧化炭黑颗粒5-15％、导电聚合物35-55％、单质硫占30-60％。

3.根据权利要求1或2所述的一种锂硫电池正极复合材料，其特征在于：所述的导电聚合物按质量百分比计，各元素含量为：C：76-82％、N：14-16％、H:2-10％。

4.根据权利要求1所述的一种锂硫电池正极复合材料，其特征在于：所述的导电聚合物在氧化碳黑颗粒表面接枝，向外发散生长出纤维，缠绕，并包裹氧化炭黑颗粒形成球状网络孔隙结构，其中纤维直径为50-200nm。

5.权利要求1所述锂硫电池正极复合材料的制备方法，该方法采用原位聚合法和水热法，包括以下五个步骤：

(1)、制备氧化炭黑：将乙炔黑溶于浓硝酸或浓盐酸中，应用超声分散方法进行处理，处理时间为t₀，5mins≤t₀≤10mins，配制成浓度为n₀的溶液，0.01g/mL≤n₀≤0.05g/mL；将溶液置于高压反应釜中进行加压加热处理，加压压强为P，0MPa≤P≤70MPa，加热温度为T₀，60℃≤T₀≤200℃，处理时间为t₁，0.5h≤t₁≤10h；之后对溶液进行超声离心水洗，离心转速为v₀，1000rad/min≤v₀≤8000rad/min；水洗次数为N₀，1≤N₀≤8；

(2)、配制单体溶液：按权利要求1所述电池正极复合材料干燥后的总质量为m₀，称取氧化炭黑m₁，0.05m₀≤m₁≤0.15m₀，分散在浓度为n₁mol/L，1mol/L≤n₁≤2mol/L的盐酸溶液，搅拌过程中加入苯胺单体质量为m₂，3m₀≤m₂≤6.5m₀，超声搅拌持续t₀，5mins≤t₀≤10mins，得到单体混合物；

(3)、接枝聚合：配制浓度为n₁，1mol/L≤n₁≤2mol/L，物质的量与苯胺单体相等的引发剂(按物质的量配比，比例系数为N₁，0≤N₁≤1的三氯化铁与过硫酸铵的混合溶液)；为上述步骤(2)制备的单体混合物提供冰浴温度T₁，0℃≤T₁≤4℃,同时持续超声搅拌，将引发剂以V₁mL/mins，V₁＝0.5*ln2*2^0.1t加速滴入单体混合物。密封并持续冰浴，超声搅拌t₀，5mins≤t₀≤10mins，在T₁，0℃≤T₁≤4℃环境下反应时间t₂，12h≤t₂≤24h，常温(20-30℃)下反应时间t₂，12h≤t₂≤24h，超声搅拌t₀，5mins≤t₀≤10mins，先后分别用丙酮和去离子水超声，离心，水洗次数为N₀，1≤N₀≤8。，得到导电聚合物框架；

(4)、纳米单质硫的沉积：取导电聚合物框架溶于浓度为n₁，1mol/L≤n₁≤2mol/L的稀盐酸溶液，超声搅拌条件下以速率V₂，0mL/mins≤V₂≤1mL/mins匀速滴加浓度为n₂mol/L，0.1≤n₂≤2的硫代硫酸钠m₃，5m₀≤m₃≤15m₀，持续超声搅拌t₀，5mins≤t₀≤10mins；

(5)、纳米单质硫的填充：将沉积单质硫的混合物溶液通氮气持续t₃，1mins≤t₃≤5mins，倒入内部压力为P MPa，0MPa≤P≤70MPa的高压反应釜，用氮气排出反应釜内其他气体。以T₂，100℃≤T₂≤200℃，加热t₂，12h≤t₂≤24h，以T₃，200℃≤T₃≤300℃，加热t₄，0h≤t₄≤12h，冷却至室温20-30℃后，用丙酮与去离子水超声，离心，各洗N₀,1≤N₀≤8得到充入单质硫的混合物，以T₅℃，60℃≤T₅≤110℃，干燥t₂，12h≤t₂≤24h。

6.一种锂硫电池正极复合材料用于锂硫二次电池正极片的方法，该正极片包括带导电涂层的铝集流体和涂覆于该铝集流体上的锂硫电池正极复合材料，该方法包括以下步骤：

(1)、调浆：按比例混合正极材料85-93％与导电剂乙炔黑5-10％，聚丙烯酸粘结剂2-5％，滴加去离子水，充分研磨均匀后在玛瑙研钵内搅拌调浆30min；

(2)、制片：用涂膜器刮刀将浆料均匀涂覆在厚度约20μm的铝箔上，于60℃真空干燥后，冲切成直径约为1.0cm的小圆片并将膜片压实，得到电池极片；

(3)、组装：采用上述步骤(1)电池极片为正极，锂片为负极，聚丙烯微孔膜(Celgard 2400)为隔膜，以及1M LiTFSI/DOL-DME(l:l,v/v)为电解液，在充满Ar手套箱中组装2025型扣式电池，使用的Ar纯度为>99.99％，手套箱环境条件为:水含量≤0.1ppm，氧含量≤0.1ppm。