[发明专利]核壳型硫化铟微米球负载硫的复合材料制备方法及其锂硫电池

说明书

本发明公开了一种核壳型结构硫化铟微米球负载硫的复合材料及制备方法、锂硫电池正极及锂硫电池。所述方法包括：通过水热法获得硫化铟，在球状硫化铟表面先后包裹二氧化硅和碳，得到多层微米球状结构，然后水热碱洗刻蚀去除中间的二氧化硅层，最后通过熏硫的方式负载硫颗粒，最终获得硫化铟微米球负载硫的核壳型结构复合材料。该材料应用于锂硫电池正极材料，具有良好的循环稳定性和较高的比容量；与现有技术相比，本发明制备的材料呈现核壳型结构，独特的核壳结构可负载更多硫颗粒，缓解充放电过程的体积膨胀，降低多硫化物的不可逆损失，提高电池性能。并且，实验过程简单，原料价廉易获取，对实验仪器要求低。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，涉及一种无机纳米颗粒的制备方法，具体涉及一种核壳型结构硫化铟微米球负载硫的复合材料。

背景技术

由于不可再生能源的日益消耗和储存量的不断减少，使得清洁能源的需求变得越来越迫切，急需寻找更加合适的新型储能工具来替代目前所使用的能源供应体系。因此，新能源的开发和利用是不断探究的重要课题。

现阶段，锂离子电池在储能方面表现非常出色，广泛地应用于各个领域，但传统锂离子电池的能量密度已经接近理论极限。与传统锂离子电池相比，锂硫电池具有更高的能量密度和比容量, 更加适应大型储能设备的需求。锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池，其具有远高于传统锂离子电池的高理论比能量 （2600 WhKg^-1）和高理论比容量（1675 mAh g^-1）。硫因自然丰度高，原材料成本低，在充放电过程中无毒无污染，生物相容性高的优点，使得锂硫电池成为了具有开发前景的新研究热点，且极具商业价值。

然而，锂硫电池在实际应用中依旧存在着一些问题，即单质硫和放电产物（Li₂S）的电绝缘性质，充放电过程中硫体积膨胀严重和中间产物多硫化物在电解质中的溶解造成的穿梭效应，这些问题致使电池中硫的利用率低、容量衰减快、循环稳定性差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种核壳型结构硫化铟微米球负载硫的复合材料。合理的核壳型结构，有效缓解材料体积膨胀，负载更多活性物质，增加硫利用率，加快电子离子传输获得高容量和快速充电性能。

本发明另一目的在于提供一种核壳型结构硫化铟微米球负载硫的复合材料的制备方法，利用价格低廉的原料制备得到硫化铟，通过包覆二氧化硅和碳层再碱洗刻蚀去除二氧化硅后得到核壳型材料，之后负载硫获得锂硫电池正极材料。制备工艺简单、产率高、成本低。

本发明还有个目的在于提供一种锂硫电池正极，采用上述核壳型结构硫化铟微米球负载硫的复合材料制成。

本发明最后一个目的在于提供一种锂硫电池，其以上述锂硫电池正极为正极。

提供一种核壳型结构硫化铟微米球负载硫的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备大致为球状的硫化铟颗粒；

步骤2、顺次在所述硫化铟颗粒表面包覆若干二氧化硅层和碳层；

步骤3、去除所述二氧化硅层，并对产物进行熏硫处理，得到核壳结构的碳层包裹硫化铟微米球材料。

本发明具体技术方案如下：

进一步，提供一种核壳型结构硫化铟微米球负载硫的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将四水合氯化铟，硫脲和十六烷基三甲基溴化铵混合溶解形成均匀溶液，进行溶剂热反应，所得产物经离心、洗涤、干燥，得到球状硫化铟；

2）在步骤1）制备的球状硫化铟溶于乙醇和水混合溶液中，加入氨水搅拌混匀后，再加入硅酸四乙酯持续搅拌，静置收集底部沉淀，所得产物经离心、洗涤、干燥，得到表面包裹二氧化硅的微米球材料；