[发明专利]一种锂二次电池正极用硫镍复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种锂二次电池正极用硫镍复合材料及其制备方法，其是由中空纤维状镍支撑体和渗通附着在中空纤维状镍支撑体的表面或内部的硫单质组成，其中硫单质的质量百分比为10‑70%，余量为中空纤维状镍支撑体。本发明使用镀镍的纤维状模板制备得到中空纤维状镍支撑体作为载体，渗硫后制得镍/硫复合结构，中空纤维状镍支撑体的管状结构不但可以抑制多硫化物的溶解，同时镍良好的导电性可以弥补硫电导率低的缺点，并减少硫活性材料损失，从而进一步改善锂二次电池的循环性能。

技术领域

本发明属于锂二次电池技术领域，具体涉及一种锂二次电池正极用硫镍复合材料及其制备方法。

背景技术

随着汽车工业的发展，在21世纪里人类将面临能源消耗与环境污染的双重压力。具有高比能量的二次动力锂二次电池是对当前汽车工业发展的有效解决途径。目前已经商业化的LiFePO₄/石墨体系和层状三元锂二次电池体系中受其理论能量密度的限制，其理论能量密度约为400Wh/kg，所以锂二次电池正极材料的比容量、循环性能都需要进一步优化。

锂硫金属电池是一种非常有前景的二次电池，其活性物质单质硫具有1675mAh/g的理论放电比容量，并且以金属锂为负极的时理论能量密度可以达到2600Wh/kg，远远大于现阶段所使用的LiFePO₄/石墨体系和层状三元锂二次电池体系的二次动力锂离子电池。此外硫单质还具有成本低廉、环境友好等优势。

然而硫在电池循环过程中被还原后与锂形成多硫化物，该类硫化物能够溶于电解液中向负极迁移，从而造成硫活性物质损失，使锂硫电池的容量衰减急剧下降，电池循环性能变差；另一方面单质硫导电性差及循环过程中体积膨胀，也会降低电池的容量发挥和循环性能。为了解决上述问题，目前主要采用碳框架结构，利用碳和硫的紧密密接触增加了硫正极导电性，另外框架结构也可以抑制充放电过程中体积膨胀并且固定多硫化物，使得电池循环性能得到提高（Nature Materials, 8(6): 500-506; Nano Letters, 14(9):5250-5256）。但S单质都附着在碳框架外表面，充放电循环次数过多后，硫单质仍会部分溶解于电解液中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂二次电池正极用硫镍复合材料及其制备方法，用来改善锂二次电池电化学性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种锂二次电池正极用硫镍复合材料，其是由中空纤维状镍支撑体和渗通附着在中空纤维状镍支撑体的表面或内部的硫单质组成，其中硫单质的质量百分比为10-70%，余量为中空纤维状镍支撑体。

进一步方案，所述的中空纤维状镍支撑体的长度为10-200μm、外直径为1-8μm。

本发明的另一个发明目的是提供上述一种锂二次电池正极用硫镍复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）采用静电纺丝法制备出纤维状模板；

（2）将纤维状模板浸入pH值小于2的钯金属盐乙醇溶液中搅拌进行活化；

（3）将活化后的纤维状模板浸入镍浴中浸泡进行镀镍；

（4）采用化学法去除纤维状模板后得到中空纤维状镍支撑体；

（5）将中空纤维状镍支撑体和单质硫在氩气环境下密封在高强度不锈钢反应釜中进行加热，得到硫镍复合材料。

优选的，所述的步骤（1）中的纤维状模板为聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；纤维状模板的直径为0.5-4μm、长度为100-500μm。

优选的，所述的步骤（2）中的钯金属盐乙醇溶液中钯金属盐的质量体积比为0.5-2g/L；所述钯金属盐为氯化钯或硝酸钯中的的一种或两种混合；所述钯金属盐乙醇溶液的pH值小于2是采用盐酸或硝酸的一种或两种进行调节的。