[发明专利]一种锂-硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂‑硫电池正极材料的制备方法，包括将硅烷偶联剂溶解在去离子水中，然后加入戊二醛在30～40℃条件下进行反应10～15h，然后倒出进行抽滤、用去离子水洗涤，干燥后放置在管式炉中，在惰性气体氛围下，以速率2～4℃/min升温至500～650℃煅烧2～3h，得到前驱体；将前驱体加入到去离子水中搅拌分散，然后加入氢氧化钠颗粒搅拌溶解，然后再室温条件下刻蚀前驱体10～16h，抽滤用去离子水进行洗涤，干燥后得到多孔纳米碳球；将多孔纳米碳球装入石英管内，然后通入水蒸汽湿润石英管内环境，然后石英管一端接通氮气/硫化氢/二氧化硫混合气体，石英管另一端接通尾气收集装置，然后将石英管内的固体物质倒出来在管式炉中，130～160℃加热6～10h，冷却后得到正极材料。

技术领域

本发明属于锂-硫电池电极材料技术领域，具体涉及一种锂-硫电池正极材料的制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展，能源短缺、环境污染等问题的日益突出，人们对化学电源的认识和要求也越来越高，促使人们不断探索新的化学电源为主的能量储存系统。近几十年来，以金属锂为基础的电池引领了高性能化学电源的发展方向。随着锂离子电池的成功商业化，世界各国都在加紧开展车用锂离子动力电池的研究。但由于能量密度、安全性、价格等因素，常规锂离子电池如钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂电池作为动力源已无法满足电动汽车的要求。

锂硫电池是极具发展潜力和应用前景的高能量密度二次电池。它具有高比容量(1675mAh/g)和高能量密度(2600Wh/kg)。另外，硫作为正极活性物质在来源、成本和环境友好等方面也表现出不可比拟的优势。目前，锂硫电池存在循环性能差、倍率性能需要进一步提高等问题。而锂-硫电池存在的两个主要的问题在于一方面活性物质硫材料本身和最终放电产物Li₂S是电子和离子的绝缘体；另一方面，放电过程中的中间产物多硫化物易溶解于电解液中，这些会造成活性物质的不可逆损失和容量衰减。

发明内容

针对以上现有技术中锂硫电池正极材料导致锂硫电池放电容量小、循环性能差、倍率性能差的缺陷，本发明的目的是提供一种锂-硫电池正极材料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

S1：将质量比为1:(0.5～0.6)的硅酸钠和硅烷偶联剂混合加入去离子水中，然后加入戊二醛搅拌均匀，在30～40℃条件下进行反应10～15h，然后倒出进行抽滤，用去离子水洗涤得到的泥饼，干燥后放置在管式炉中，在惰性气体氛围下，以速率2～4℃/min升温至500～650℃煅烧2～3h，得到前驱体。

S2：将上述步骤S1中的前驱体加入到去离子水中搅拌分散，然后加入氢氧化钠搅拌溶解，在室温搅拌条件下刻蚀前驱体4～5h，过滤后再次加入去离子水搅拌分散，加入氢氧化钠搅拌溶解，在40～60℃搅拌条件下刻蚀4～5h，然后抽滤、用去离子水进行洗涤，干燥，研磨后得到多孔纳米碳球。

S3：在石英管内填充上述步骤S2得到的多孔纳米碳球，两端用带孔的橡胶塞住，从一端通入水蒸汽湿润石英管内环境10～20min，然后在石英管一端接通氮气/硫化氢/二氧化硫混合气体，另一端接通尾气收集装置，通入流速为2～8mL/min的混合气体，在20～50℃条件下反应，至石英管壁上覆盖一层淡黄色固体后停止反应，然后将石英管内的固体物质置于管式炉中，在惰性气氛下130～160℃煅烧2～10h，冷却后得到正极材料。

作为优选方案，上述所述的戊二醛的质量为硅酸钠质量的2～5倍。

作为优选方案，上述步骤S2中，第一次刻蚀过程中控制初始氢氧化钠的质量浓度为6％～11％，第二次刻蚀过程中控制初始氢氧化钠的质量浓度为22％～28％。

作为优选方案，上述步骤S3所述的混合气体中氮气/硫化氢/二氧化硫体积比为65：30：15。

作为优选方案，上述所述的硅烷偶联剂选自十二烷基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷中的任意一种。