[发明专利]一种锂硫电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂硫电池正极材料及制备方法，首先分别配置溶质为含碳聚合物以及含碳聚合物与过渡金属盐的静电纺丝溶液，经过静电纺丝、碳化处理得到双层的具有柔性的原位掺杂过渡金属的碳纳米纤维基底材料，再通过升华硫/二硫化碳溶液进行液相载硫，得到负载硫的双层碳纳米纤维基底材料，然后构筑中间两层均为原位掺杂过渡金属且均匀负载硫的碳纳米纤维层的四层碳纳米纤维基底材料，然后升至150℃保温15min，随炉降温，即得锂硫电池正极材料，硫含量为40‑60%，直接作为柔性无粘结剂且自支撑的锂硫电池的正极使用，具有高的放电比容量和稳定的循环性能，比现有技术中的锂硫电池正极材料在高倍率充放电方面的性能具有显著的提高。

技术领域

本发明涉及一种柔性自支撑高倍率性能锂硫电池正极材料及其制备方法，属于电气材料技术领域。

背景技术

随着人们对便携式电子设备和下一代电动汽车需求的日益增长，构建高能电池体系成为当前储能电池技术发展的关键科学问题。锂硫电池作为新一代储能体系，其理论能量密度远远高于目前商业化的锂离子电池，可满足大部分电子设备对于储能的要求。但是，硫及其放电产物的电导率很差、正极材料在充放电过程中将近80%的体积膨胀、中间产物多硫化物的“穿梭效应”等种种问题的存在，严重制约了锂硫电池的实际应用。因此，寻找和开发适宜的硫正极材料来缓解上述问题是克服困难的关键，也是研究的热点和难点。

近年来研究者们针对以上问题进行了许多研究，如程博闻等（天津工业大学.一种锂硫电池正极材料:CN201610889957.5[P].2017-02-22）通过将硫与碳纳米纤维、碳纳米管进行复合制备锂硫电池正极材料, Negar Mosavati et al.（Mosavati N et al., J.Power Sources, 2017, 340: 210-216）采用纳米结构过渡金属氮化物来制备硫宿主材料，这些策略对锂硫电池的电化学性能有所改善但也存在不足。比如，碳纤维是非极性材料，加上以往研究中缺乏对其宏观结构的设计，所以对于硫及多硫化物的吸附作用极为有限，依旧存在严重的穿梭效应，导致其容量迅速衰减、循环稳定性较差；此外大多研究采取研磨涂片的方法制备电极，以铝箔作为集流体，还需要添加导电剂、粘结剂，制备过程繁琐，且直接用过渡金属作为硫宿主材料重量较大，不利于发挥锂硫电池能量密度高的优势。

发明内容

本发明目的之一主要是为了解决上述存在的研磨涂片的制备方法制备过程繁琐且需要集流体、导电剂和粘结剂等技术问题而提供一种锂硫电池正极材料，该正极材料避免了集流体、导电剂和粘结剂的使用，继而无需研磨涂布，可以直接作为锂硫电池正极材料使用，简化了制备过程，同时具有电化学性能优异的优点。

本发明的目的之二是为了解决上述存在的碳纤维非极性的缺陷以及以往研究中缺乏对其宏观结构的设计的问题而提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，该制备方法有能够增加碳纤维的极性吸附作用、使固硫的组分分散均匀、能够抑制多硫化物的穿梭效应且制备成本较低等优点，为高性能锂硫电池的开发提供了一个新途径。

本发明的技术方案

一种锂硫电池正极材料，通过包括如下步骤的方法制备而成：

（1）、含碳聚合物溶液的配制

在容器中加入溶剂，然后再加入含碳聚合物搅拌溶解，得到含碳聚合物溶液；

含碳聚合物溶液中含碳聚合物和溶剂的量，按含碳聚合物：溶剂为1g : 10ml的比例计算；

其中所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、无水乙醇或去离子水，所述的含碳聚合物为分子量为150000的聚丙烯腈、分子量为1300000的聚乙烯吡咯烷酮或分子量为86000的聚乙烯醇；

（2）、将步骤（1）得到的含碳聚合物溶液等分两份，分别加入到A、B两个玻璃瓶中；

A瓶为含碳聚合物溶液；