[发明专利]一种锂硫电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法，具体涉及一种硫‑氧化镍‑硫化镍复合锂硫电池正极材料，制备过程为先制备氧化镍双层空心球，再将其部分硫化得到氧化镍‑硫化镍复合物，随后利用球磨和热融法掺硫制备而成。本发明设计的材料具有双层空心球结构，在高电流密度下获得更高的比容量，氧化镍双层空心球由氧化镍纳米片组成，缩短了电子和电荷的传输路径，缓解材料的膨胀，加之良好的机械性能使得该材料拥有良好的循环寿命。氧化镍在应用过程中减少反应过程中活性物质的损失，加速表面氧化还原过程，从而提高Li‑S电池的整体性能。

技术领域

本发明的技术方案涉及一种用于锂硫电池正极材料及其制备方法，具体涉及一种硫-氧化镍-硫化镍复合锂硫电池正极材料及其制备方法，属于材料化学领域。

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1675 mAh/g、锂硫电池理论比能量高达2600 Wh/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2.36 g/cm³，而放电产物Li₂S的密度仅为1.66 g/cm³，这意味着放电反应完成后正极活性物质会有明显的体积收缩，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Li₂S_n(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。

发明内容

本发明针对现有锂硫电池正极材料存在的载硫量低，穿梭效应明显，循环稳定性差等问题，提供一种锂硫电池正极材料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案为，一种锂硫电池正极材料，该材料基于氧化镍双层空心球，经过部分硫化后得到氧化镍-硫化镍复合物，再利用球磨和热融法掺硫制得硫-氧化镍-硫化镍复合材料。

一种锂硫电池正极材料的制备方法，具体步骤包括：

（1）制备氧化镍双层空心球：

将适量葡萄糖溶解去离子水中，置于反应釜中进行水热反应，反应完成后随室温冷却，将所得悬浮液离心收集产物，用去离子水洗涤三次后，60℃下干燥得到碳球粉末备用。将碳球粉末和醋酸镍置于去离子水中超声分散30～60min，在磁力搅拌1～2小时，随后置于烘箱中60～80℃烘干将烘干所得产物置于管式炉中高温煅烧后随室温冷却。

（2）制备氧化镍-硫化镍复合材料：

将步骤（1）中制备的氧化镍双层空心球，硫化钠和硫代乙醇酸置于去离子水中搅拌水浴加热后离心收集产物，用去离子水洗涤三次，置于烘箱中60～80℃干燥12～24小时收集氧化镍-硫化镍复合材料。

（3）制备硫-氧化镍-硫化镍复合材料：