[发明专利]一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法。本发明中，聚苯胺层对复合正极材料有保护作用，具有更高的导电性和更完整的结构，有利于实现大电流密度下的充放电；PANI导电层不参与电化学反应，提高了其导电性能，能够很好的适应大电流密度下的充放电过程，同时，PANI层减小了在充放电过程中的活性物质损失，保持结构完整性；PANI层使含硅化合物和VS₄更好地适应Li⁺嵌入脱嵌导致的体积变化，提高复合正极材料的充放电循环稳定性；石墨烯材料比表面积大可以使其与硫单质有较大的接触面积，有利于提高电子传输速率和反应面积，同时含硅化合物和VS₄能够进一步提高复合正极材料的比容量。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法。

背景技术

锂硫电池具有比能量大、工作电压高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应以及环境友好等优点，而被广泛应用于便携式电子设备领域。而作为正极材料的物质也在不断的扩展，作为锂硫电池中的重要组成部分，一直制约着锂硫电池的大规模推广应用。锂硫电池在以硫作为正极材料时由于硫的离子导电性和电子导电性都很低，导致电极中硫的电化学性能较差及利用率低等问题，在充放电过程中，生成的多硫化锂会不可逆地溶于电解液中，且分散的硫颗粒会发生团聚。此外，电极的导电结构在充放电过程中会发生改变，这些因素造成电池的循环充放电性能下降和比容量减小。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锂硫电池复合正极材料及其制备方法。本发明提供的锂硫电池复合正极材料循环充放电性能好，比容量高。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种锂硫电池复合正极材料，包括依次层叠的磷酸铁锂层、石墨烯包裹层以及聚苯胺层，所述石墨烯包裹层中包括含硅化合物和VS₄，所述含硅化合物和VS₄负载在石墨烯上。

优选地，所述石墨烯包裹层的质量含量为15～20％。

优选地，所述聚苯胺层的质量含量为5～10％。

优选地，所述含硅化合物包括Li₂SiO₃、Li₄SiO₄和二氧化硅中的一种或多种。

优选地，所述含硅化合物和VS₄在石墨烯上的负载量为30～40wt％。

优选地，所述含硅化合物和VS₄的质量比为1∶1～5。

本发明还提供了上述技术方案所述的锂硫电池复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

提供磷酸铁锂正极材料；

将氧化石墨烯、水、Na₃VO₄和硫代乙酰胺混合后进行水热反应，得到水热产物；

将所述磷酸铁锂正极材料、含硅化合物溶液和水热产物混合进行煅烧，得到石墨烯包裹的正极材料；

将所述石墨烯包裹的正极材料浸泡在苯胺中进行聚合反应，得到所述锂硫电池复合正极材料。

优选地，所述水热反应的温度为160～180℃，所述水热反应的时间为20～24h。

优选地，所述煅烧的温度为400～600℃，时间为1～2h。

优选地，所述苯胺在过硫酸铵的存在下进行聚合反应，所述苯胺与过硫酸铵的摩尔比为1∶1。