[发明专利]一种锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种锂硫电池正极材料的制备方法，属于锂电池技术领域。本发明所述方法为将石墨化碳纳米管分散液分别与聚乙烯亚胺混合再与聚丙烯酸混合，之后再通过真空抽滤的同时用甲醇和乙醇沉淀物清洗，再将沉淀物溶解于硝酸钴的甲醇分散溶液中；再将2‑甲基咪唑加入甲醇溶液中充分分散，将该溶液快速加入碳纳米管与硝酸钴的混合液中在室温下静置陈化24h，经离心分离和干燥后获得金属有机框架和碳纳米管的复合材料；在氩气气氛下进行煅烧，自然冷却到室温，得到锂硫电池正极材料。本发明所述方法制备得到的锂硫电池正极材料具有粒度小、均匀、比表面积大，具有导电性等优点。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法，属于锂电池技术领域。

背景技术

能源是当今社会发展的命脉，化石燃料日益枯竭以及严重的环境污染问题使得新能源的存储与应用成为目前重要的研究热点。作为重要的储能系统，锂电池在新能源技术领域备受关注；目前，电动汽车等新能源技术的发展对锂电池提出了更高的要求，其中能量密度及功率密度是特别需要关注的方面。锂电池的能量密度主要由电极材料的能量密度决定。

传统的锂离子电池由于材料理论比容量和能量密度的限制，电化学性能提升的空间已经不大。这就使得下一代锂电池的候选集中在具有较高理论比容量和能量密度的材料上，硫作为其中之一，具有高理论比容量(1,675 mAh g^-1)和能量密度(2,500 Wh kg^-1)、成本低、环境友好等优点；然而由于硫不导电的性质，使得锂硫电池的体积比容量并不优秀，同时锂硫电池还存在充放电过程中多硫化物的溶出与其中间产物在两极之间的穿梭，将导致容量的快速衰减的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种葡萄串状的具有高比表面积的导电多孔锂硫电池正极材料粉末的制备方法，该方法工艺简单、成本低，得到的产物为粒度小、均匀的特殊形貌结构的复合锂硫电池正极材料，具有较高的放电比容量和优异的循环稳定性，具体包括以下步骤：

（1）将0.05~0.2g石墨化碳纳米管粉末分散在400ml乙醇溶液中，超声处理后获得碳纳米管分散液，按碳纳米管分散液与聚乙烯亚胺溶液体积比为4:1~10:1的比例将质量百分比浓度为1~2%wt的聚乙烯亚胺溶液加入到碳管分散液中，在搅拌过程中超声处理使其充分分散获得碳纳米管预处理液；

（2）按碳纳米管预处理液与聚丙烯酸体积比为4:1~10:1的比例将质量百分比浓度为1~2%wt的聚丙烯酸加入到碳纳米管预处理液中搅拌1~5h，所得溶液用甲醇和乙醇清洗的同时真空抽滤，抽滤得到的沉淀物干燥后得到处理后的碳纳米管；

（3）将4mmol~16mmol硝酸钴溶解于50~200ml甲醇溶液中磁力搅拌和超声处理使其充分分散，然后加入处理后的碳纳米管超声分散，然后静置一段时间获得混合溶液A；将4mmol~16mmol二甲基咪唑溶解于50~200ml甲醇溶液中磁力搅拌和超声处理使其充分分散，获得溶液B；

（4）将混合溶液A 和混合溶液B混合在一起，在室温下陈化12~24h，然后离心分离，沉淀物依次用甲醇和乙醇清洗三次，干燥后得到粉末状紫色复合材料；

（5）步骤（4）得到的粉末取出，在氩气气氛下以3~5℃/min的升温速率加热至600~800℃，保温时间为2~3h，加热完成后，随炉冷却到室温，获得黑色粉末状物质，黑色粉末状物质与硫粉混合制得锂硫电池正极材料。

优选的，本发明步骤（1）中超声处理的时间均为15~30min。

优选的，本发明步骤（3）中超声处理的时间均为15~30min，静置时间为12h。

优选的，本发明步骤（4）中干燥条件为：在80℃下干燥12h。