[发明专利]锂硫电池复合正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂硫电池制备技术领域，具体涉及一种锂硫电池复合正极材料的制备方法。将g‑C₃N₄和碳纳米管分散在去离子水中，得到混合悬浊液；将五水合四氯化锡、九水合硝酸铁和六水合硝酸钴溶于去离子水中，得到混合液；将混合液和混合悬浊液搅拌混合反应，得到沉淀；沉淀干燥，煅烧，得到前驱体A；前驱体A经酸刻蚀后得到前驱体B；将前驱体B与硫混合，球磨，得到混合粉末；将混合粉末煅烧，得到锂硫电池复合正极材料。本发明基于锂硫电池单一掺杂材料电化学性能的缺陷，创新性的将SnO₂模板和g‑C₃N₄框架同时掺杂锂硫电池原材料，使得电池性能得到极大提升。

技术领域

本发明属于锂硫电池制备技术领域，具体涉及一种锂硫电池复合正极材料的制备方法。

背景技术

锂硫电池是迄今最具潜力的高能量密度电化学储能系统之一。它是由硫正极和锂负极组 成的作为一种高能量密度、高理论比容量的能量存储系统。上世纪60年代研究人员提出了由 金属锂负极、单质硫正极构建的锂/硫电池体系的概念，并在理论上验证了锂与单质硫可实现 多电子转换反应和高能量存储。目前比较成熟的商用锂离子电池体系主要应用在可携带电子 产品端的LiCoO₂/石墨体系和应用在动力电池端的LiFePO₄、LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LTO/石 墨体系等，目前其电芯单体能量密度不超过280W·h·kg^-1。尽管近年来对正负极材料的改性工 作有较大突破，例如商业化的高镍三元正极/硅碳负极体系的电芯单体能量密度可以达到 260-280W·h·kg^-1，但仍然无法满足日益增长的大容量存储和电力运输领域的需求。

令人欣喜的是，硫的理论容量可以达到1675mA·h·g^-1，而与锂负极组成全电池后实际能 量密度可以达到400W·h·kg^-1以上，其容量指标远是商业中广泛投入生产的钴酸锂电池(150 mA·h·g^-1)的11倍左右，是目前商业锂电池能量密度的3倍左右。从经济角度来看，硫在地 壳中是一种分布极其广泛的元素，因此单质硫的价格较为低廉，它目前的市场价格仅为0.25 UAD kg^-1大概只有LiCoO₂(均价为40UAD kg^-1)价格的百分之一，极具经济优势。从环境 角度来看，单质硫无毒，并且是一种环境较为友好的材料。更重要的一点是，在电池生产和 制造方面，从锂离子电池到锂硫电池具有更好的传承性和衔接性，其比开放性的锂－空气系 统更具商业可行性和操作性。

此外，循环再利用方面，硫本身较易升华，其反应产物可溶解，在正极材料中回收成本 要比回收金属更低。以上的优点都足以说明锂硫电池相对于锂离子电池而言在经济上颇具优 势。由此可断定，锂硫电池是具有广阔的市场前景的一类新型锂电池。锂硫电池被认为是最 具竞争力的下一代电化学储能系统，成为下一代储能系统中有前途的候选材料，近年来受到 越来越多科研人员的关注。

在世界范围内，锂硫电池研发的龙头企业为Sion Power、Oxis Energy和Polyplus公司。 早在2010年，Sion Power公司就将锂硫电池运用在了大型无人机领域，并用其打破了三项无 人机世界记录，分别是飞行高度2万米以上、飞行时间14天和工作温度最低-75℃。2014年， 空客公司(Airbus)研制出“和风7”无人机，并依靠锂硫电池创造了不间断飞行11天的全 球记录。尽管锂硫电池仍然存在循环性能较差等缺点，但是它目前已经在军用领域，例如无 人机、卫星、潜艇等超长航时应用中展现出较好的应用前景，将来锂硫电池的应用将会进一 步拓展到民用领域，例如电子电力产品等市场。