一种锂硫电池正极用硫碳复合材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105655549A(43)申请公布日2016.06.08(21)申请号201510948071.9H01M4/139(2010.01)(22)申请日2015.12.17(71)申请人贵州梅岭电源有限公司地址563003贵州省遵义市中华北路705号(72)发明人王雪丽魏俊华王庆杰石斌陈铤赵洪楷张红梅(74)专利代理机构贵阳中新专利商标事务所52100代理人吴无惧(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)(2010.01)H01M4/13权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种锂硫电池正极用硫碳复合材料的制备方法(57)摘要本发明公开了一种锂硫电池正极用硫碳复合材料的制备方法，制备的硫碳复合材料由单质硫和导电性好的碳材料组成。本发明首先需制备硫饱和的N-甲基吡咯烷酮溶液（NMP溶液），然后加热该溶液至一定温度（高于硫的熔点）后，按所需质量比依次加入硫与碳材料，恒温保持一段时间，硫熔融并随N-甲基吡咯烷酮溶剂浸润到碳材料的孔隙中，自然冷却至室温，熔融硫便随温度的降低沉积到碳材料的孔隙中及表面，整个过程持续搅拌。室温下真空抽虑该混合溶液，滤液回收重复利用，滤饼洗涤后干燥、研磨、过筛，即得到所需硫含量的硫碳复合材料。本发明制备的硫碳复合材料电化学活性高，循环性能好，具有广阔的应用前景。CN105655549ACN105655549A权利要求书1/1页1.一种锂硫电池正极用硫碳复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）NMP溶液的制备，①将NMP溶剂移至带泄压阀的陶瓷容器或不锈钢容器中，加热至115℃～160℃，恒温0.5h～2h，以除去NMP溶剂中的微量水分；②加入过量的单质硫，并恒温0.5h～4h；③自然冷却至室温并保持2h以上；④整个过程持续不断搅拌，过滤掉凝固及析出的固态硫，得到硫饱和的NMP溶液；2）硫碳复合溶液的制备，将步骤1）制备的硫饱和NMP溶液加热至115℃～160℃，按所需硫的含量先加入单质硫，待硫全部熔融在上述溶液中，再加入碳材料，在该温度持续0.5h～8h，自然降温至室温，整个过程持续不断搅拌；3）硫碳复合正极材料的制备，将步骤2）得到的溶液在室温条件下搅拌2h以上，过滤，滤饼用去离子水、蒸馏水或酒精洗涤后于50℃～60℃干燥，研磨、过筛，即得到硫碳复合材料。2.根据权利要求1所述的一种锂硫电池正极用硫碳复合材料的制备方法，其特征在于：锂硫电池可为一次电池或二次电池，碳材料为科琴黑、导电碳黑、碳纳米管、石墨烯或活性炭。3.根据权利要求1所述的一种锂硫电池正极用硫碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述硫碳复合材料硫含量以质量百分比计，硫含量在40wt％～80wt％。2CN105655549A说明书1/4页一种锂硫电池正极用硫碳复合材料的制备方法技术领域[0001]本发明涉及锂硫电池正极用硫碳复合材料制备方法，属于新能源技术领域。背景技术[0002]目前，便携式电子设备、电动汽车及军事武器装备等发展迅速，迫切需要更高比能量的电池来提高设备的使用时间或续航里程。在所有的电池体系中，锂硫电池被认为是下一代能提供高比能的最具潜力的电池体系。正极活性物质单质硫理论比容量达1672mAh·g-1，锂硫电池的理论比能量高达2600Wh·kg-1（金属锂与硫完全反应生产硫化锂），远高于目前广泛使用的锂离子电池。[0003]然而，锂硫电池在实用化过程中还有很多问题需要解决。单质硫在室温下为电子和离子绝缘体（5×10-3S·cm-125℃），需要加入大量的导电剂，正极导电性的优劣决定了正极的活性物质利用率和倍率性能；硫在充放电过程中生成的中间产物易溶于有机电解液，且硫在充放电过程中的收缩膨胀造成电极结构破坏，使得锂硫电池的容量衰减快，循环性能差。[0004]针对上述问题，需制备新型硫复合材料替代单质硫作为锂硫电池正极材料。有机硫化物如2,5-二琉基-1,3,4-噻二唑（DMcT），无机硫化物如TiS2、MoS2、MnS2、FeS2等，都存在比容量低的缺点，与锂离子电池正极材料相比无明显优势。碳材料具有高导电性、高孔容和高比表面积，且碳的表面对硫极有亲合性，与硫之间有较强的物理吸附作用，非常适合作为硫的载体，通过采用合适的方法与硫复合制备成硫碳复合材料。[0005]硫碳复合材料的制备主要有球磨法、加热熔融法、化学沉积法和模板法。球磨法只是将硫与碳材料进行了简单地物理混合，单质硫分散均匀性差，形不成碳材料对硫的包覆机构，因此球磨法制备的硫碳复合材料的活性物质利用率低，循环容量衰减较快。加热熔融法，通常是指将单质硫与碳材料的混合物密封或充保护气体加热至硫的熔点以上，