[发明专利]一种锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法，属于电池正极材料制备技术领域。为了解决现有的硫碳复合材料在制备过程中易发生团聚且粒径不易控制的问题，提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，该方法在惰性气体保护的条件下，将碱金属的单质和硫单质加入到有机溶剂中进行反应，得到多硫化物的有机溶液；取导电聚合物的单体和上述多硫化物的有机溶液混合液，加入酸性的氧化剂溶液调节混合液的pH值呈中性或弱酸性，再进行充分反应后，得到硫/导电聚合物复合材料。本发明能够实现得到纳米级或亚微米级的硫颗粒，并且具有粒度分布较窄的效果，提高硫的利用率及高倍率性能，有助于缓解锂化过程中的正极材料体积膨胀现象。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法，属于电池正极材料制备技术领域。

背景技术

锂硫电池是以硫元素作为电池正极的一种锂电池，而单质硫理论放电比容量可达到1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的锂离子电池。因此，硫正极活性物质是目前具有最高比容量的正极材料，而锂是金属元素中具有最小的相对原子质量和最负的标准电极电势。因此，锂硫电池具有高理论放电电压、高理论放电比容量、高理论比能量，有望满足电动汽车的长远发展要求，是一种非常有前景的锂电池。

据现有技术报道，锂硫电池的实际比能量已达到350Wh kg^-1；但现阶段锂硫电池面临一系列难题：主要存在以下几方面的缺陷或问题：1.单质硫和放电产物Li₂S₂/Li₂S是电子和离子绝缘体,这增大了电池电阻及极化现象；2.正极材料在放电过程中存在着体积膨胀现象，造成材料结构坍塌，影响电池的循环性能；3.充放电过程中产生的可溶性多硫化物，由于扩散作用在正负极之间迁移反应，出现多硫化物的“穿梭效应”，造成活物质不可逆的损失。为了解决锂硫电池上述面临的难题，研究者对其进行大量研究，主要集中在以下几个方面：(1)提高电极材料的导电能力；(2)设计电极材料的结构以缓解锂化过程中的体积膨胀；(3)抑制多硫化物在电解液中的溶解等。而由于导电聚合物既有金属的电学特性，又具有有机聚合物的柔韧性和可加工性，还具有电化学氧化还原活性和储锂性能。这些特点决定了导电聚合物在提高锂硫电池性能方面能发挥有重要的作用。但是，目前大多是通过将单质硫直接与导电聚合物进行混合而形成的硫/导电聚合物复合材料。如中国专利(授权公告号：CN104701542B)公开了一种全固态锂硫电池复合正极材料的制备方法，包括将导电聚合物单体与单质硫分散在水中，加入盐酸和过硫酸铵在0-10℃下进行聚合反应，得到导电聚合物包裹单质硫生成的复合物，经过高温热处理，得到导电聚合物/硫复合正极材料，由于直接加入单质硫，易发生团聚现象，不能调控硫颗粒的粒度大小，导致材料的性能不稳定的缺陷。

发明内容

本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，解决的问题是如何避免材料复合过程中硫颗粒团聚并使其粒径达到纳米级和亚微米级实现提高正极材料结构稳定性和高倍率循环性能。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种锂硫电池正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

A、在惰性气体保护的条件下，将碱金属的单质和硫单质加入到有机溶剂中进行反应，得到多硫化物的有机溶液；

B、取导电聚合物的单体和上述多硫化物的有机溶液混合液，加入酸性的氧化剂溶液调节混合液的pH值呈中性或弱酸性，再进行充分反应后，得到硫/导电聚合物复合材料。