[发明专利]一种高循环寿命型锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高循环寿命型锂硫电池正极材料的制备方法，属于电池材料技术领域。

背景技术

随着社会的进步与发展，人类对于能源的需求逐渐增大。然而随着对煤、石油、天然气等化石燃料资源近 200 年的持续加速开采，资源已逐步趋于耗竭。同时，石油等化石能源的使用产生了大量的温室气体，产生了温室效应，带来了严重的环境问题。因此，能源问题和环境问题成为全球关注并迫切需要解决的问题。我国是资源短缺国家，据有关资料，我国煤、石油、天然气等人均占有量分别仅为世界人均占有量的70%、11%、4%。随着我国经济每年以 8%的速度增长，石油等不可再生能源被大量消耗，排放的废气同样也带来了严重的环境问题，致使我国大部分城市出现雾霾天气，严重恶化了人们的生活环境。因此，较之其他国家，我国对新能源和可再生能源的渴求显得尤为迫切。子电池为代表的二次电池作为一种便捷的可循环使用的储能装置，已经广泛应用于手机、笔记本电脑和电动自行车等方面。在能源危机日益严重的情况下，世界各国争相提出了发展新能源电动汽车的目标，而电动汽车的开发又迫切需要高能量密度、二次电池体系的支撑。迄今为止，锂离子电池是目前商业化二次电池中性能最好的电池体系，但由于其主要使用LiFeO₄、LiCoO₂和LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂等作为正极材料，而这些正极材料的理论容量一般不超过300mAh·g^-1，难以满足目前对于高比能量电池的需求，因此开发高理论比容量的正极材料成为当今研究的重点。单质硫在常温下主要以S₈的形式存在，在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1672mAh·g^-1和2600Wh·kg^-1[12-13]，目前锂硫电池的实际能量密度已达到390Wh·kg^-1，预计在今后几年内极有可能提高到600Wh·kg^-1，被认为是现在最具研究价值和应用前景的锂二次电池体系之一。因此，研究高性能锂硫电池具有重要的理论和现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对锂硫电池正极材料活性物质利用率低、循环寿命低的问题，提供了一种高循环寿命型锂硫电池正极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）取丝瓜络并切割至丝瓜络小块，将丝瓜络小块与质量分数5％氯化锂溶液搅拌混合，水浴加热并抽滤，收集滤饼，洗涤、干燥，制备得干燥丝瓜络纤维；

（2）按重量份数计，分别称量45～50份干燥丝瓜络纤维、10～15份桃胶粉末、55～60份去离子水置于烧杯中，搅拌混合并浇注至模具中，静置固化后，脱模并收集前驱体，置于管式气氛炉中，通氮气排除空气，保温煅烧，静置冷却至室温，研磨制备得炭化基体颗粒；

（3）按质量比1:5，将炭化基体颗粒与盐酸搅拌混合，静置、过滤，洗涤、干燥制备得改性基体颗粒；

（4）按质量比2:3，将单质硫与改性基体颗粒混合并置于石英管中，通氩气排除空气，密封石英管并抽真空，升温加热并通入氩气，保温反应后，静置冷却至室温，停止通入氩气并收集混合物，得复合颗粒；

（5）按重量份数计，分别称量45～50份碘化钾溶液、3～5份盐酸和10～15份复合颗粒置于烧杯中，搅拌混合并静置陈化，过滤得滤饼并洗涤、干燥，即可制备得一种高循环寿命型锂硫电池正极材料。

步骤（2）所述的保温煅烧温度为780～850℃。

步骤（4）所述的通入氩气速率为25～30mL/min。

步骤（4）所述的抽真空为抽真空至3～5Pa。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

本发明通过丝瓜络纤维和桃胶复合，经高温炭化形成孔隙丰富碳材料，由于炭化纤维中含有大量孔隙，经酸浸改性，取出其孔隙内部杂质并通过桃胶固化纤维孔隙内部，通过酸浸时，半径小的质子H⁺置换出半径大的阳离子，酸洗后，通过洗涤调节pH到中性，从而改善碳材料内部孔道体系，增大比表面积，大幅度提高吸附性能，从而在经过高温沉积后，使单质硫均匀负载至碳材料孔隙内部，有效提高材料密实性能和相容性能，在快速充放电时有较高的可逆容量，而且比容量的衰减缓慢。