[发明专利]一种应用于储能系统的新型锂硫电池材料

说明书

本发明提供一种应用于储能系统的新型锂硫电池材料，采用氮掺杂多孔碳纤维的复合硫作为正极材料的制备方法及其正极片，复合正极材料的制备方法包括如下步骤：将物质的量比为0.001‑0.01:0.03‑0.4:0.6‑1:0.01‑0.1:0.01‑0.5的聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物、正硅酸四乙酯、乙醇、浓盐酸以及二氰二胺原料进行混合，搅拌至完全溶解得到溶液N，将溶液N进行蒸干后加热处理得样品E；将品E冷却后加入到酸溶液中进行刻蚀,抽滤蒸干得到氮掺杂多孔碳纳米纤维；将氮掺杂多孔碳纳米纤维与单质硫混合得负载硫单质的氮掺杂多孔碳纳米纤维复合正极材料。该材料可以解决电池正极单质硫导电性低和多硫化物溶解于电解液导致电池的充放电循环寿命短等的技术问题。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种应用于储能系统的新型锂硫电池材料。

背景技术

锂二次电池作为一种绿色清洁的储能系统装置，以其能量密度高、使用寿命长以及对环境友好的优点，正在广泛应用于电子移动设备、军事装备以及电动汽车等领域。商品化的传统锂离子电池正极材料通常为三元材料、钴酸锂、磷酸铁锂和锰酸锂等，它们大部分理论电池比容量为100-300mAh/g已经无法满足市场对高能量密度锂电池的应用需求，因此开发高能量密度的新型储能系统是满足商业化需求的有效途径之一。

因此，锂硫电池凭借其高的理论比容量1675mAh/g、资源储存丰度高和成本低廉等优点在高能量密度储能体系上得到人们广泛的关注。但由于锂硫电池在放电过程中，正极材料中活性物质硫导电性较差(5×10^-30S/cm)、体积膨胀(高达80％)和多硫化物溶解等问题，使得活性物质利用率低、库伦效率低以及容量衰减迅速。因此，对于锂硫电池大规模的应用，还需对锂硫电池中正极材料的制备进行改性研究以便满足商业化需求。

为了解决上述问题，近年来碳纳米材料经常被应用到提高锂硫电池修饰正极上：例如0维/1维的碳球颗粒/碳纳米管(CNTs)通常被用来封装硫，在锂硫电池中充当硫的容器；2维的石墨烯结构充当硫颗粒的导电网络以及框架，提供一定的结构强度以及韧性；以及3维堆垛状的Graphene foam。但是以上的碳纳米材料应用在锂硫电池中仍然存在比容量低、导电性差以及倍率性能较低的问题，需要进一步改善碳基材料的电化学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种应用于储能系统的新型锂硫电池材料，以解决电池正极单质硫导电性低、多硫化物溶解于电解液导致电池的充放电循环寿命短以及电池在循环过程中正极体积膨胀因引起充放电性能和倍率性能低的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请所采用的技术方案为：

一种应用于储能系统的新型锂硫电池材料，包括以下步骤：

(1)、将物质的量比为0.001-0.01:0.03-0.4:0.6-1:0.01-0.1:0.01-0.5的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)、正硅酸四乙酯(C₈H₂OO₄Si)、乙醇(C₂H₅OH)、浓盐酸(HCl)以及二氰二胺(C₂H₄N₄)原料进行混合，搅拌至完全溶解得到溶液N，将溶液N进行蒸干处理得固态物质D，将物质D移入气氛炉内加热处理得样品E；

(2)、将步骤(1)中得到的样品E冷却到室温下后加入到酸溶液中进行刻蚀，抽滤蒸干得到氮掺杂多孔碳纳米纤维(NPCNF)；

(3)、将步骤(2)中得到的氮掺杂多孔碳纳米纤维(NPCNF)与单质硫混合，在气氛环境保护下加热处理，冷却至室温后即得负载硫单质的氮掺杂多孔碳纳米纤维复合正极材料(NPCNF/S)。