一種Li-S電池正極復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Li?S電池正極復(fù)合材料的制備方法，首先將納米無孔二氧化鈦nonporous?TiO2粉末、單質(zhì)硫S以及多孔二氧化鈦porous?TiO2粉末按設(shè)定的質(zhì)量比稱量好；然后將油浴鍋加熱到一定溫度，再將稱量好的單質(zhì)硫放入所述油浴鍋內(nèi)，使所述單質(zhì)硫熔化；待所述單質(zhì)硫全部熔化后，再加入稱量好的納米無孔二氧化鈦粉末，并繼續(xù)升溫攪拌；再進行降溫處理，并繼續(xù)攪拌；然后再次升溫，并加入稱量好的多孔二氧化鈦粉末，繼續(xù)攪拌；再自然冷卻后研磨成粉狀，最終制備得到所述Li?S電池正極復(fù)合材料。上述正極復(fù)合材料能夠延緩多硫化物的溶解，增強電池循環(huán)性能，延長電池循環(huán)次數(shù)和電池壽命。
【專利說明】
一種L 1-S電池正極復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及新材料新能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種L1-S電池正極復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，L1-S電池由于具有較高的比容量(1675mAhg—D和比能量(2600wh kg—工)，將有望成為最具潛力的電源動力之一。但L1-S電池正極材料S的諸多缺點一直是制約L1-S電池廣泛商業(yè)化的原因，而對正極S的改性策略主要集中于將S束縛在導(dǎo)電多孔的基體材料里面，如導(dǎo)電碳材料碳納米管、介孔微孔碳、氧化石墨烯等，導(dǎo)電高分子聚合物，以及導(dǎo)電金屬氧化物如二氧化鈦、氧化鎂等。
[0003]將S熔融浸入到導(dǎo)電多孔基質(zhì)材料的方法，主要有溶液法和固相法。溶液法是在一定溶劑里面，讓多孔材料包覆在單質(zhì)S的顆粒外層，此法合成出的材料電化學(xué)性能較好，但合成方法較為復(fù)雜；另一種方法則是將單質(zhì)S和基體材料，按照一定質(zhì)量比混勻，放入氮氣氣氛155°C燒結(jié)20小時以上，此法電化學(xué)性能較好，且合成方法簡單可行，但是對設(shè)備要求較高，合成時間較長，耗能較高，經(jīng)濟效益不大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種L1-S電池正極復(fù)合材料的制備方法，利用該方法制備的正極復(fù)合材料能夠延緩多硫化物的溶解，增強電池循環(huán)性能，延長電池循環(huán)次數(shù)和電池壽命O
[0005]—種L1-S電池正極復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括:
[0006]步驟1、將納米無孔二氧化鈦nonporous-Ti02粉末、單質(zhì)硫S以及多孔二氧化鈦porous-Ti02粉末按設(shè)定的質(zhì)量比稱量好；
[0007]步驟2、將油浴鍋加熱到一定溫度，再將稱量好的單質(zhì)硫放入所述油浴鍋內(nèi)，使所述單質(zhì)硫恪化；
[0008]步驟3、待所述單質(zhì)硫全部熔化后，再加入稱量好的納米無孔二氧化鈦粉末，并繼續(xù)升溫攪拌；
[0009]步驟4、再進行降溫處理，并繼續(xù)攪拌；
[0010]步驟5、然后再次升溫，并加入稱量好的多孔二氧化鈦粉末，繼續(xù)攪拌，使所述單質(zhì)硫和納米無孔二氧化鈦充分擴散進入多孔二氧化鈦的空隙中，形成n-Ti02/S/p-Ti02核殼夾層構(gòu)型；
[0011]步驟6、再自然冷卻后研磨成粉狀，最終制備得到所述L1-S電池正極復(fù)合材料。
[0012]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，上述正極復(fù)合材料能夠延緩多硫化物的溶解，增強電池循環(huán)性能，延長電池循環(huán)次數(shù)和電池壽命。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0014]圖1為本發(fā)明實施例所提供L1-S電池正極復(fù)合材料的制備方法流程示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明所制備的正極復(fù)合材料組裝后的電池循環(huán)1000次后的比容量和庫侖效率圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0017]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述，如圖1所示為本發(fā)明實施例所提供L1-S電池正極復(fù)合材料的制備方法流程示意圖，所述方法包括:
[0018]步驟1、將納米無孔二氧化鈦nonporous-Ti02粉末(n-Ti02)、單質(zhì)硫S以及多孔二氧化鈦porous -T i O2粉末(p-T i O2)按設(shè)定的質(zhì)量比稱量好；
[0019]在該步驟中，單質(zhì)硫、納米無孔二氧化鈦和多孔二氧化鈦的質(zhì)量比范圍為:
[0020]9:0.5:0.5-5:2.5:2.5ο
[0021]步驟2、將油浴鍋加熱到一定溫度，再將稱量好的單質(zhì)硫放入所述油浴鍋內(nèi)，使所述單質(zhì)硫恪化；
[0022]在該步驟中，該油浴鍋的加熱溫度范圍為:140°C?160 °C。通過先將油加熱到指定溫度再放入單質(zhì)硫，從而減少硫單質(zhì)在加熱過程中的揮發(fā)。
[0023]步驟3、待所述單質(zhì)硫全部熔化后，再加入稱量好的納米無孔二氧化鈦粉末(n-T12),并繼續(xù)升溫攪拌；
[0024]在該步驟中，剛加入n-Ti02時，n-Ti02與熔融態(tài)的單質(zhì)硫不能均勻混合，二者間存在界面，通過繼續(xù)加熱至160 °C?180 °(:使硫的粘度變大，攪拌后使得n-Ti02和硫兩者混合均勻。
[0025]步驟4、再進行降溫處理，并繼續(xù)攪拌；
[0026]在該步驟中，所述降溫處理的溫度范圍為:100°C?130°C。通過降溫使粘度逐漸變小，降溫過程有利于充分擴散。
[0027]步驟5、然后再次升溫，并加入稱量好的多孔二氧化鈦(p-Ti02)，繼續(xù)攪拌，使所述單質(zhì)硫和納米無孔二氧化鈦充分擴散進入多孔二氧化鈦的空隙中，形成n-Ti02/S/p-Ti02核殼夾層構(gòu)型；
[0028]在該步驟中，所述升溫的溫度范圍為:140°C?160°C。升溫可以使硫能夠充分擴散。
[0029]步驟6、再自然冷卻后研磨成粉狀，最終制備得到所述L1-S電池正極復(fù)合材料。
[0030]下面再對按照上述方法制備的正極復(fù)合材料的性能進行測試，將上述方法合成的正極復(fù)合材料組裝成2025型扣式電池，然后測試電池的電化學(xué)性能:
[0031]根據(jù)P-T12的掃面電鏡圖可知:P-T12的形貌特征為帶有2微米孔徑的中空管道，我們把它當作核殼夾層構(gòu)型的外殼；
[0032]根據(jù)n-Ti O2的掃面電鏡圖可知:n_T i O2的形貌為均勻的納米球體，粒徑約為I?2nm，這個作為核殼夾層構(gòu)型的豌豆子；
[0033]按照上述制備方法最終所得到的核殼夾層構(gòu)型的n-Ti02/S/p-Ti02復(fù)合物可作為鋰硫電池正極材料活性物質(zhì)；
[0034]如圖2所示為本發(fā)明所制備的正極復(fù)合材料組裝后的電池循環(huán)1000次后的比容量和庫侖效率圖，圖2中上面曲線是庫侖效率圖，下面是放電容量圖，由圖2可知:按本方法合成的正極復(fù)合材料所組裝成的電池，在0.5C電流密度下，首次放電863mAh.g—1，循環(huán)1000次后的比容量為245mAh.g—I容量保持率為28.4%。由此可見，本發(fā)明實施例所述方法合成出的正極復(fù)合材料具有優(yōu)良的電化學(xué)性能。
[0035]綜上所述，利用本發(fā)明實施例所提供方法制備的正極復(fù)合材料能夠延緩多硫化物的溶解，增強電池循環(huán)性能，延長電池循環(huán)次數(shù)和電池壽命，從而實現(xiàn)L1-S電池廣泛商業(yè)化。
[0036]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種L1-S電池正極復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟1、將納米無孔二氧化鈦nonporous-Ti02粉末、單質(zhì)硫S以及多孔二氧化鈦porous-Ti〇2粉末按設(shè)定的質(zhì)量比稱量好； 步驟2、將油浴鍋加熱到一定溫度，再將稱量好的單質(zhì)硫放入所述油浴鍋內(nèi)，使所述單質(zhì)硫熔化； 步驟3、待所述單質(zhì)硫全部熔化后，再加入稱量好的納米無孔二氧化鈦粉末，并繼續(xù)升溫攪拌； 步驟4、再進行降溫處理，并繼續(xù)攪拌； 步驟5、然后再次升溫，并加入稱量好的多孔二氧化鈦粉末，繼續(xù)攪拌，使所述單質(zhì)硫和納米無孔二氧化鈦充分擴散進入多孔二氧化鈦的空隙中，形成n-Ti02/S/p-Ti02核殼夾層構(gòu)型； 步驟6、再自然冷卻后研磨成粉狀，最終制備得到所述L1-S電池正極復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述L1-S電池正極復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟I中，單質(zhì)硫、納米無孔二氧化鈦和多孔二氧化鈦的質(zhì)量比范圍為: 9:0.5:0.5-5:2.5:2.5ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述L1-S電池正極復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟2中: 所述油浴鍋加熱的溫度范圍為:140 °C?160 °C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述L1-S電池正極復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟3中: 所述升溫的溫度范圍為:160 °C?180 °C。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述L1-S電池正極復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟4中: 所述降溫處理的溫度范圍為:100°C?130°C。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述L1-S電池正極復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟5中: 所述升溫的溫度范圍為:140 °C?160 °C。
【文檔編號】H01M10/052GK105977461SQ201610374022
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】馬國正, 張慧, 龍群英, 陳紅雨
【申請人】華南師范大學(xué)