[发明专利]一种锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明为一种锂硫电池正极材料的制备方法。该方法包括以下步骤：第一步：分散聚合法制备单分散聚苯乙烯微球；第二步：制备空心二氧化硅微球；第三步：合成双层双金属氧化物纳米介孔微球；第四步：制备镍钴双金属氧化物双层介孔纳米球/纳米碳/硫复合正极材料。本发明过球磨及热熔融法掺入纳米硫与纳米碳黑的工艺，在掺硫过程中同时混合进了纳米碳黑，克服了当前技术中存在的锂硫电池正极材料载硫量低，体积膨胀效应明显以及电化学性能不稳定的缺陷。

技术领域

本发明的技术方案涉及一种高比容量的锂硫电池正极材料的制备方法，特别涉及一种先通过模板法制备双层双金属氧化物空心微球材料，再利用球磨和热融法制备硫/纳米碳/双层双金属氧化物复合锂硫电池正极材料的方法，属于材料化学领域。

背景技术

随着人类社会的不断发展与进步，煤、石油、天然气等不可再生资源日渐枯竭，但是人类对于能源的需求量却与日俱增，能源是整个人类社会正常运转的基础，传统能源已经无法满足人类社会的长期发展，新能源的开发变得越来越重要。而安全、低成本的电化学储能设备是发展新能源的基础，目前商业化电池体系主要是锂离子电池。然而锂离子电池正极材料的理论容量一般不超过300mAh/g，根本无法满足人类人们对于能源的需求，开发高比容量的二次电池成为电池科研工作者们不懈努力的追求方向。

单质硫是一种可以作为电池正极材料的物质，受到国内外学者的广泛关注，硫的理论比容量高达1672mAh/g，而且在自然界，硫是分布广泛、亲合力非常强的非金属元素，它以自然硫、硫化氢、金属硫化物及硫酸盐等多种形式存在，并形成各类硫矿床。中国硫资源十分丰富，储量排在世界前列，因此锂硫电池体系的研究价值和应用前景都非常光明。

锂硫电池虽然前景非常光明，但是经历了这么久的研究，锂硫电池仍然停留在实验室阶段，无法商业化，主要是因为存在以下几个难以解决的问题：

1，单质硫是电子和离子绝缘体，在室温下电导率只有5*10～30S/cm，将之作为正极材料电化学活性不高。

2，单质硫和充放电产物硫化物的密度不同，会发生严重的体积膨胀，体积膨胀率约为76％。且充放电过程中反复地体积变化会最终破坏电池的物理结构，使整个电池系统崩溃。

3，锂硫电池特有的穿梭效应，即电池充放电过程中生成的多硫化物在正负极之间来回穿梭，造成电池自放电的现象。锂硫电池的穿梭效应会影响正常的电池充放电过程，降低电池的比容量及电池的循环稳定性。

4，锂硫电池充放电过程中生成的多硫化物会溶解于目前使用的电解质溶液中，造成正极材料的活性物质损失，降低电池的整体电化学性能。

为了解决锂硫电池中存在的诸多问题，研究工作者们从正极材料，负极材料，电解质溶液等各个方面进行了详细深入的研究。其中正极材料是锂硫电池的关键部分，很多研究人员都对锂硫电池正极材料进行了设计与改进。CN105118972A报道了一种金属氢氧化物包覆碳硫的锂硫电池正极材料及其制备方法和应用，将升华硫、导电炭黑和金属盐通过物理化学方法进行搅拌高温反应复合，制得锂硫电池正极材料。该专利技术对正极材料的性能进行了一定程度的改进和提升，但仍有一些缺点：正极材料的容量有限，活性物质的负载率不高，体积膨胀效应抑制不明显，整体电化学性能不高。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种锂硫电池正极材料的制备方法；该方法在镍钴双金属氧化物双层介孔纳米球基础上，得到双层双金属纳米球，再通过球磨及热熔融法掺入纳米硫与纳米碳黑的工艺，在掺硫过程中同时混合进了纳米碳黑，以提高制备出的正极材料的导电性，最终制得镍钴双金属氧化物双层介孔纳米球/纳米碳/硫复合三维结构锂硫电池正极材料。本发明克服了当前技术中存在的锂硫电池正极材料载硫量低，体积膨胀效应明显以及电化学性能不稳定的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：