[发明专利]量子点/碳管载硫复合正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了量子点/碳管载硫复合正极材料及其制备方法与应用，其技术方案包括制备方法为：将碳管与硫单质混合研磨，加入CS₂充分搅拌之后烘干制得碳管载硫复合材料；将其与炭黑、聚偏氟乙烯按一定质量比混合，然后加入N‑甲基吡咯烷酮，以及硒（或硫）化物量子点搅拌并超声分散均匀，控制粘度在1000~10000cps，得到浆料，将所得浆料以150~400mm的厚度涂覆在集流体铝箔上，然后烘干，得硒（或硫）化物量子点与碳管载硫复合正极材料；本发明提供的硒（或硫）化物量子点碳管复合正极材料的制备方法，操作简单，易于大规模生产；制得的复合正极材料用于锂硫电池中，可以解决锂硫电池充放电过程中多硫离子在液态电解液中的溶解，有效抑制穿梭效应，提高锂硫电池的库伦效率和循环稳定性。

技术领域

本发明属于纳米复合材料研究领域，特别涉及一种用于锂硫电池改善其电化学性能以及抑制多硫化物穿梭效应等方面的硒（或硫）化物量子点/碳管复合正极材料的制备方法。

背景技术

随着经济高速发展和能源消耗量的与日俱增，化石燃料储量的日趋枯竭以及燃烧造成的环境污染，使得人们对新型替代能源的需求越来越紧迫。新能源，特别是化学能源具有清洁环保和安全高效等特点，符合人类可持续发展战略的要求而倍受青睐。储能作为许多创新技术的关键，电池技术在电动汽车等新兴概念的推动下取得了巨大进步，各种机制的电池得到开发，但是锂硫电池却是下一代储能技术中最具有潜力的。因为锂离子电池自1991年商业化以来，经过20多年的发展，传统锂离子电池的正负极材料的性能均已接近其理论极限，但面对越来越庞大的储能系统仍不尽人意。而锂硫电池却具有很多优势，它的理论比容量为1675 mAh·g^-1，是传统锂离子电池的10倍，并且硫的储量丰富，价格低廉，低毒无公害。然而，锂硫电池在充放电过程中形成的多硫化锂易溶于液态电解液中造成穿梭效应以及充放电过程中的体积膨胀和金属锂的腐蚀等问题造成了锂硫电池活性物质利用率低、库伦效率低、循环性能差，成为了锂硫电池在商业应用过程中的阻碍。

为了解决这些问题，实现其大规模的使用，必须研究开发简便且成本低廉的制备方法来提高锂硫电池的电化学性能，从而提升锂硫电池的实际应用前景。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种量子点/碳管复合正极材料的制备方法，该方法操作简单，条件温和，易于大规模生产。

本发明的第二个目的是提供一种量子点/碳管复合正极材料。

本发明的第三个目的是提供一种量子点/碳管复合正极材料在锂硫电池中的应用，可以解决锂硫电池充放电过程中多硫离子在液态电解液中的溶解，有效抑制穿梭效应，提高锂硫电池的库伦效率和循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种量子点/碳管载硫复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）碳管载硫复合材料的制备：

将碳管与单质硫按1:1-2混合，研磨均匀后加入3-6mLCS₂料液中搅拌，然后置于室温下至CS₂挥发完全后，剩余物质于120~160℃烘箱中保温8~12h，之后冷却至室温，即得碳管载硫复合材料；

（2）量子点/碳管载硫复合正极材料的制备：

将步骤（1）所得碳管载硫复合材料与导电添加剂、粘结剂按3-8:1:1混合，然后加入2-5mL N-甲基吡咯烷酮、以及硒或硫化物量子点试剂1-20mg搅拌并超声分散均匀，硒或硫化物量子点试剂的添加量与碳管载硫复合材料的质量比为1:20-200，控制粘度在1000~10000cps，得到浆料，将所得浆料用刮刀涂覆在集流体铝箔上，然后将铝箔转移至40~60℃烘箱内烘干，即得硒或硫化物量子点与碳管载硫复合正极材料。