[发明专利]锂硫电池用双层多孔碳纳米纤维的制备方法及利用其制备正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种锂硫电池用双层多孔碳纳米纤维的制备方法及利用其制备正极材料的方法，双层多孔碳纳米纤维的制备方法的步骤为：1)利用气流同轴电纺，将芯层纺丝液和皮层纺丝液同时从同轴静电纺丝针头中挤出，在高速气流和静电电压的作用下，至接收网，得到初生纤维；2)将该初生纤维在空气氛围，200～400℃条件下保温8～12h，然后在惰性气体氛围，800～1200℃条件下保温8～12h；得到双层多孔碳纳米纤维。利用其制备正极材料的方法是先将该双层多孔碳纳米纤维用硝酸酸化，干燥，而后与纳米硫、导电剂、粘合剂混匀，经抽滤、干燥得到锂硫电池的正极材料。制得的正极材料存储量大，能有效抑制“穿梭效应”。

技术领域

本发明涉及锂硫电池制备领域，特别是涉及一种锂硫电池用双层多孔碳纳米纤维的制备方法及利用其制备正极材料的方法。

背景技术

在各类电池中，锂硫电池由于其成本低、对环境友好、具有高的理论比容量(1675mAh g^-1)和能量密度(2600Wh kg^-1)，已经受到了广泛地关注。在这类电池系统中，电池在放电过程中，Li⁺从电池负极通过电池隔膜扩散到电池正极(主要成分由碳材料、单质硫、少量的粘合剂和导电剂等组成)，并且和正极材料中的硫发生反应。与此同时，移动的电子通过外部电路传递电能。在充电过程中，Li⁺和电子通过相反的方向返回到电池负极，且电池通过电能转化来存储化学能。

尽管锂硫电池具有上述诸多优点，但是目前该类电池在充放电过程中具有十分严重的“穿梭效应”，从而使得其电池比容量下降十分迅速，导致电池应用性能急剧下降。所谓“穿梭效应”是指在电池放电过程中，硫单质被还原成长链的多硫化物，并且从电池正极扩散到电池负极，在负极与锂发生一系列反应。在这个过程中，由于多硫化物的穿梭，一系列副反应在电池正负极之间发生，这样就使得活性物质急剧地减少；同时副反应将使得电池负极的多硫化物和锂的活性降低，而在负极表面所覆盖的Li₂S₂和Li₂S将使得电池负极发生严重的极化现象。