[发明专利]一种锂硫电池正极材料

说明书

本发明涉及一种锂硫电池正极材料，具体涉及一种基于硫蒸气和氮掺杂碳纤维锂硫电池正极材料的制备及应用，属于锂硫电池领域。一种锂硫电池正极材料，其特征在于：所述正极材料是将片状氮掺杂碳纤维放置在沉积有纳米硫颗粒的片状基底上方叠片所得，其中，沉积有纳米硫颗粒的片状基底按下述方法制得：将硫粉加热搅拌至120～300℃产生硫蒸气后，用流速为1～5L/min的氮气或氩气将硫蒸气吹扫在片状基底表面。本发明所述锂硫电池正极材料的制备方法取材方便而且廉价易得，无需粘合剂和涂布工艺，制备过程简单省时，耗能低，具有大规模工业化生产和应用的前景。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池正极材料，具体涉及一种基于硫蒸气和氮掺杂碳纤维锂硫电池正极材料的制备及应用，属于锂硫电池领域。

背景技术

随着人类生活水平的不断提高，生活和生产中的能源需求也迅速增加，而传统的的化石资源不仅面临日益枯竭的来源问题还会造成严重的环境污染问题，因此人们迫切需要找到新型的绿色、安全、低成本、高能量密度的能源来代替化石能源。锂硫电池的中硫正极的理论比容量高达1675mAh/g、理论比能量高达2600Wh/kg，能量密度为当前锂离子电池的理论值的6倍。此外，硫单质作为工业生产中的副产物，具有环境友好、价格低廉易得等诸多优点。虽然锂硫电池具有高能量密度和价格低廉等明显优势，但经过三十余年的研究发展仍没有得到实际应用。

目前阻碍锂硫电池实际应用的主要问题有：①硫单质在常温下的电导率仅为5×10-30S/cm，为典型的绝缘体。不能和导电网络充分接触的硫将不能得到有效利用，会造成活性物质利用率下降。②硫单质的密度为2.36g/cm3，而放电产物Li2S的密度仅为1.66g/cm3，这意味着放电反应完成后正极活性物质会有80％的体积收缩，体积收缩可能会导致活性物质从集流体上脱落甚至造成电池结构变形。③负极材料金属锂在充电过程中有可能会有锂离子在电极表面不规则还原沉积形成枝状结晶，枝晶的存在可能会穿透隔膜造成短路引发着火或爆炸危险。④严重的“穿梭效应”，即硫单质放电中间产物多硫化锂Li2Sn(n＝3～8)会在溶解在电解液并发生迁移，溶解到电解液中的多硫化锂因不能和导电网络接触在充电时无法发生可逆电化学反应造成活性物质损失，而且迁移到负极表面的多硫化锂会和锂单质发生自放电反应同样会对电池容量造成不可逆伤害。

在以上锂硫电池的缺陷中，“穿梭效应”因直接影响到电池的能量密度和使用寿命，是目前研究者们所重点解决的问题之一。目前解决锂硫电池“穿梭效应”的途径有功能层阻挡、物理/化学吸附、多孔材料束缚等，其目的均是将多硫化物固定在正极材料之中防止其溶解到电解液中迁移至负极一侧。但是上述方法常具有制备方法复杂，材料昂贵的不足，并且实际操作中会产生大量的污染和浪费，无法满足锂硫电池的实用化要求

发明内容

针对锂硫电池正极材料存在的不足，本发明的目的是提供一种利用气相硫沉积的方法制备纳米硫正极材料，并且采用氮掺杂的碳纤维提供电化学反应场所，该设计简化了电极材料的制备过程，并且改善了锂硫电池的循环性能。此外，硫蒸气是石油化学产业除硫装置中常见的副产品，价格低廉，获取方便。

一种锂硫电池正极材料，所述正极材料是将片状氮掺杂碳纤维放置在沉积有纳米硫颗粒的片状基底上方叠片所得，其中，

沉积有纳米硫颗粒的片状基底按下述方法制得：将硫粉加热搅拌至120～300℃产生硫蒸气后，用流速为1～5L/min的氮气或氩气将硫蒸气吹扫在片状基底表面；