[发明专利]一种锂硫电池用正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂硫二次电池材料制备技术领域，具体涉及一种锂硫电池用正极材料的制备方法。

背景技术

随着世界能源的消耗需求不断增长，可开发利用的石油资源日益枯竭，而环境污染却更加严重，如何解决全球经济发展对能源需求的增加和环境污染的加重已经成为一个全球性的问题。因此世界各国对风能、太阳能等清洁能源的储存再利用，以及加快电动汽车替代燃油汽车的研究越来越重视；此外大量移动式数码电子设备的普及应用；这些都需要安全、低廉、高能量密度和长寿命的二次电池来实现。

现有的二次锂离子电池受自身理论比容量的限制难以满足需求，燃料电池在短时间内还较难实用化，而以单质硫作为正极的二次锂硫电池由于具有很高的理论能量密度（2500 Whkg^-1，2800 WhL^-1）、单质硫价格便宜、资源丰富及对环境友好等优点，有望成为未来的高能量密度和长寿命二次电池。

但是，由于单质硫的低电导率特点以及单质硫与锂反应生成的众多中间产物（多硫化物）易于溶入电解液，导致活性物质流失、电池自放电和电极钝化等问题，目前通常是将单质硫填充在各类具有高比表面积、高孔隙率及良好导电性能特征的碳素类材料、导电高分子材料中，形成复合材料，以限制循环过程中多硫化物溶入电解液和由此引起的各种负面作用。

然而，通常的材料表面包覆方法是在颗粒表面包覆有机物，然后在还原气氛下煅烧形成包覆产物。但是硫在高温下煅烧会气化，因此常规的包覆方法不适用于硫的碳包覆，硫的碳包覆往往需要极为苛刻的包覆条件，制备过程复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的包覆条件苛刻、制备过程复杂的问题，提供一种简单高效的锂硫电池用正极材料的制备方法，该种方法是将碳包覆的硫单质材料应用于锂硫电池正极。

由于所用的同时含有硫、金属、碳的有机材料极为普遍，且工业产品价格低廉。而且，该方法可以通过一步烧结和后续简单的氧化处理合成碳包覆的硫单质材料。具备极强的可行性和经济性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种锂硫电池用正极材料的制备方法，所述制备方法是：

对同时含有硫元素、金属元素、碳元素的有机分子在氮气或惰性气体保护下进行烧结，合成碳包覆的金属硫化物，然后通过氧化剂氧化金属硫化物合成碳包覆硫的锂硫电池用正极材料。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明使用的同时含有硫元素、金属元素、碳元素的有机分子极为普遍，且工业产品价格低廉；而且，该种方法可以通过一步烧结和后续简单的氧化处理合成碳包覆的硫单质材料，具备极强的可行性和经济性。

附图说明

图1为本发明中有机分子的化学结构式图，以二甲基二硫代氨基甲酸锌为例；

图2为实施例1合成的碳包覆金属硫化物的SEM图；

图3为实施例1合成的碳包覆金属硫化物的XRD图；

图4为实施例1合成的碳包覆硫复合物的SEM图；

图5为实施例1合成的碳包覆硫复合物的XRD图；

图6为实施例1、2、3合成的碳包覆硫单质正极材料的热重曲线图；

图7为实施例1、2、3合成的碳包覆硫单质正极材料的电池性能对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明的技术方案作进一步的说明，但并不局仅限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。

具体实施方式一：本实施方式记载的是一种锂硫电池用正极材料的制备方法，所述制备方法是：

对同时含有硫元素、金属元素、碳元素的有机分子在氮气或惰性气体保护下进行烧结，合成碳包覆的金属硫化物，然后通过氧化剂氧化金属硫化物合成碳包覆硫的锂硫电池用正极材料。

具体实施方式二：具体实施方式一所述一种锂硫电池用正极材料的制备方法，所述金属元素为Zn、Fe、Cd、Pb、Cu、Ag中的一种或至少两种的组合。

具体实施方式三：具体实施方式一所述一种锂硫电池用正极材料的制备方法，所述有机分子为一类烷基硫代氨基甲酸金属盐。

具体实施方式四：具体实施方式一所述一种锂硫电池用正极材料的制备方法，所述惰性气体为氩气。

具体实施方式五：具体实施方式一所述一种锂硫电池用正极材料的制备方法，所述烧结温度为500~1000 ℃，升温速率为1~10 ℃/min，烧结时间为1~4 h。