[发明专利]一种二氧化锰空心球锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种二氧化锰空心球锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下几个步骤：（1）将氯化锰、高锰酸钾、十二烷基苯磺酸钠加入到蒸馏水中搅拌溶解；（2）将上述溶液加入水热釜中进行水热反应，反应完全后自然冷却、过滤、水洗、乙醇洗、干燥后得到空心二氧化锰；（3）将得到的空心二氧化锰、硫单质、石墨烯加入到二硫化碳中，超声分散，形成悬浮液，然后蒸干溶剂，得到复合材料。本发明的石墨烯/二氧化锰空心球/硫复合材料中二氧化锰空心球的包覆着硫基材料，能抑制放电产物多硫化物的溶解以及缓解体积膨胀，提高其电化学性能。

技术领域

本发明涉及纳米材料合成，特别涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂硫电池是以金属锂为负极，单质硫为正极的电池体系。锂硫电池的具有两个放电平台（约为2.4 V 和2.1 V），但其电化学反应机理比较复杂。锂硫电池具有比能量高（2600 Wh/kg）、比容量高（1675 mAh/g）、成本低等优点，被认为是很有发展前景的新一代电池。但是目前其存在着活性物质利用率低、循环寿命低和安全性差等问题，这严重制约着锂硫电池的发展。造成上述问题的主要原因有以下几个方面：（1）单质硫是电子和离子绝缘体，室温电导率低（5×10^-30S·cm^-1），由于没有离子态的硫存在，因而作为正极材料活化困难；（2）在电极反应过程中产生的高聚态多硫化锂 Li₂S_n（8＞n≥4）易溶于电解液中，在正负极之间形成浓度差，在浓度梯度的作用下迁移到负极，高聚态多硫化锂被金属锂还原成低聚态多硫化锂。随着以上反应的进行，低聚态多硫化锂在负极聚集，最终在两电极之间形成浓度差，又迁移到正极被氧化成高聚态多硫化锂。这种现象被称为飞梭效应，降低了硫活性物质的利用率。同时不溶性的Li₂S和 Li₂S₂沉积在锂负极表面，更进一步恶化了锂硫电池的性能；（3）反应最终产物Li₂S同样是电子绝缘体，会沉积在硫电极上，而锂离子在固态硫化锂中迁移速度慢，使电化学反应动力学速度变慢；（4）硫和最终产物Li₂S的密度不同，当硫被锂化后体积膨胀大约79%，易导致Li₂S的粉化，引起锂硫电池的安全问题。上述不足制约着锂硫电池的发展，这也是目前锂硫电池研究需要解决的重点问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种石墨烯/二氧化锰空心球/硫复合材料，制备方法简单，导电性良好的石墨烯提供导电网络，空心结构的二氧化锰包覆着硫基材料，能够阻止放电产物多硫化物的溶解并缓解体积膨胀，提高材料的电化学性能。

本发明提供一种石墨烯/二氧化锰空心球/硫复合材料的制备工艺流程如下：

（1）将氯化锰、高锰酸钾、十二烷基苯磺酸钠加入到蒸馏水中搅拌溶解；

（2）将上述溶液加入水热釜中进行水热反应，反应完全后自然冷却、过滤、水洗、乙醇洗、干燥后得到空心二氧化锰。

（3）将得到的空心二氧化锰、硫单质、石墨烯加入到二硫化碳中，超声分散，形成悬浮液，然后蒸干溶剂，得到复合材料。

步骤（1）中氯化锰：高锰酸钾：十二万级苯磺酸钠的质量比为20：10-15：0.5-2;

步骤（2）中水热反应的温度为160-200℃，反应时间为3-10小时;

步骤（3）空心二氧化锰、硫单质、石墨烯的质量比为15-30:60-80: 5-10；超声分散时间为0.5-5小时；蒸干溶剂的温度为40-60℃；

本发明具有如下有益效果：（1）石墨烯具有超高的电导率，通过该方法制备出的石墨烯/二氧化锰空心球/硫复合材料能够有效的提高锂硫电池正极材料的电子导电率和离子导电率；（2）石墨烯/二氧化锰空心球/硫复合材料中二氧化锰空心球的包覆着硫基材料，能抑制放电产物多硫化物的溶解以及缓解体积膨胀，提高其电化学性能。