[发明专利]锂硫薄膜电池

说明书

一种锂硫薄膜电池纳米复合正极材料的制备方法，它涉及一种锂硫薄膜电池纳米复合正极材料的制备方法。本发明要解决由于锂硫电池正极材料放电过程中产生的多硫化锂溶解而产生的飞梭效应，容量衰减快，比容量较低等问题。本发明的方法如下：一、原料的干燥预处理；二、硫单质与纳米金属氧化物的混合；三、前驱体的研磨预处理；四、纳米金属氧化物‑硫复合材料的制备；五、锂硫薄膜电池纳米复合正极材料的制备。本发明的方法制备的锂硫薄膜电池纳米复合正极材料组装成的电池库伦效率可以达到95%以上，该电极能适用于固态电解质锂硫电池，初始比容量为568mA·h/g，并且经过37次循环后依然保持333mA·h/g的比容量。本发明适用于锂硫电池领域。

技术领域

本发明涉及一种锂硫薄膜电池纳米复合正极材料的制备方法。

背景技术

单质硫是受到国内外学者广泛关注的一种可作为电池正极的材料。按照与金属完全反应生成计算，硫正极理论比容量高达1672mAh/g，远远高于目前常见的正极材料。也因锂硫电池在电化学角度上基于两电子反应体系，其能量密度高达2500Wh/kg。同时硫资源丰富、价格低廉、对环境友好无毒性，锂硫电池在商业上也具有较高的利用价值。因此锂硫电池近年来受到广泛关注，是最具发展和应用潜力的电池。

但锂硫电池仍然存在的诸多问题阻了其商业化，主要是由于充放电过程中，多硫化锂在电解液溶解并迁移，从而在金属锂负极反应，同时，多硫化物的大量溶解还会引起电解液粘度增大，使锂离子在电解液中的迁移阻力增大，电解液的离子导电性变差，影响了硫电极的电极动力学过程，这是所谓“飞梭效应”造成电池阻抗增加，并最终导致电池循环寿命较差和库伦效率较低的主要原因。

针对以上问题，目前主要的解决方法是正极复合材料的制备。因为硫和反应产物的绝缘性，以及正极脱出的多硫化物在正极的脱出，使得其载体材料必须具有稳定的结构，良好的导电性，较大的比表面积以及良好的固硫作用，以解决硫的不导电、多硫化物迁移和体积膨胀问题。但是，采用现有技术中的方法制备的锂硫正极材料，制备方法繁琐，成本较高，不具备足够的比表面积，且采用液态电解质，具有相当的安全隐患。

综上所述，急需提供一种具有高比表面积，良好载硫作用的锂硫电池正极材料的制备方法，以解决多硫化锂的溶解。

发明内容

本发明的目的是提高单质硫材料的利用率和电池的可逆性，以及安全性能，而提供了一种纳米金属氧化物和单质硫的复合材料作为锂硫薄膜二次电池的正极活性物质。利用纳米二氧化钛的多孔结构，使单质硫嵌入纳米金属氧化物的孔结构中，增大了反应面积，降低了硫电极放电产物的溶解，从而提高了活性物质利用率，改善了锂硫二次电池的循环可逆性能。

本发明的以一种适用于一种锂硫薄膜电池纳米复合正极材料的制备方法是按照以下步骤进行的，其特征在于：

一、原料的干燥预处理

对原料进行干燥预处理，待用；

二、硫单质与纳米金属氧化物的混合

将硫单质与纳米金属氧化物均匀混合；

三、前驱体的研磨预处理

在研钵中用研锤研磨步骤二得到的混合物并通过300目的筛网，得到均匀细密混合物作为锂硫电池正极材料活性物质前躯体；

四、纳米金属氧化物-硫复合材料的制备

将步骤三得到的纳米金属氧化物-硫混合物粉末置于烧杯中添加适量无水乙醇，混合均匀后置于聚四氟乙烯球磨罐中，用玛瑙球作为球磨介质，控制玛瑙球与物料比为10:1,在180r/min转速下，球磨4小时，在80摄氏度真空干燥箱中烘干乙醇得到灰色的纳米金属氧化物-硫复合材料，即正极活性材料。

五、锂硫薄膜电池纳米复合正极材料的制备