一種Li-S電池正極復合材料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種Li?S電池正極復合材料的制備方法，首先將納米無孔二氧化鈦nonporous?TiO2粉末、單質硫S以及多孔二氧化鈦porous?TiO2粉末按設定的質量比稱量好；然后將油浴鍋加熱到一定溫度，再將稱量好的單質硫放入所述油浴鍋內，使所述單質硫熔化；待所述單質硫全部熔化后，再加入稱量好的納米無孔二氧化鈦粉末，并繼續升溫攪拌；再進行降溫處理，并繼續攪拌；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電池正極復合材料。上述正極復合材料能夠延緩多硫化物的溶解，增強電池循環性能，延長電池循環次數和電池壽命。
【專利說明】
一種L 1-S電池正極復合材料的制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及新材料新能源技術領域，尤其涉及一種L1-S電池正極復合材料的制備方法。
【背景技術】
[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束縛在導電多孔的基體材料里面，如導電碳材料碳納米管、介孔微孔碳、氧化石墨烯等，導電高分子聚合物，以及導電金屬氧化物如二氧化鈦、氧化鎂等。
[0003]將S熔融浸入到導電多孔基質材料的方法，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S的顆粒外層，此法合成出的材料電化學性能較好，但合成方法較為復雜；另一種方法則是將單質S和基體材料，按照一定質量比混勻，放入氮氣氣氛155°C燒結20小時以上，此法電化學性能較好，且合成方法簡單可行，但是對設備要求較高，合成時間較長，耗能較高，經濟效益不大。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種L1-S電池正極復合材料的制備方法，利用該方法制備的正極復合材料能夠延緩多硫化物的溶解，增強電池循環性能，延長電池循環次數和電池壽命O
[0005]—種L1-S電池正極復合材料的制備方法，所述方法包括:
[0006]步驟1、將納米無孔二氧化鈦nonporous-Ti02粉末、單質硫S以及多孔二氧化鈦porous-Ti02粉末按設定的質量比稱量好；
[0007]步驟2、將油浴鍋加熱到一定溫度，再將稱量好的單質硫放入所述油浴鍋內，使所述單質硫恪化；
[0008]步驟3、待所述單質硫全部熔化后，再加入稱量好的納米無孔二氧化鈦粉末，并繼續升溫攪拌；
[0009]步驟4、再進行降溫處理，并繼續攪拌；
[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，繼續攪拌，使所述單質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電池正極復合材料。
[0012]由上述本發明提供的技術方案可以看出，上述正極復合材料能夠延緩多硫化物的溶解，增強電池循環性能，延長電池循環次數和電池壽命。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，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明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
[0014]圖1為本發明實施例所提供L1-S電池正極復合材料的制備方法流程示意圖；
[0015]圖2為本發明所制備的正極復合材料組裝后的電池循環1000次后的比容量和庫侖效率圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0017]下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述，如圖1所示為本發明實施例所提供L1-S電池正極復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)、單質硫S以及多孔二氧化鈦porous -T i O2粉末(p-T i O2)按設定的質量比稱量好；
[0019]在該步驟中，單質硫、納米無孔二氧化鈦和多孔二氧化鈦的質量比范圍為:
[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，再將稱量好的單質硫放入所述油浴鍋內，使所述單質硫恪化；
[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硫，從而減少硫單質在加熱過程中的揮發。
[0023]步驟3、待所述單質硫全部熔化后，再加入稱量好的納米無孔二氧化鈦粉末(n-T12),并繼續升溫攪拌；
[0024]在該步驟中，剛加入n-Ti02時，n-Ti02與熔融態的單質硫不能均勻混合，二者間存在界面，通過繼續加熱至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)，繼續攪拌，使所述單質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電池正極復合材料。
[0030]下面再對按照上述方法制備的正極復合材料的性能進行測試，將上述方法合成的正極復合材料組裝成2025型扣式電池，然后測試電池的電化學性能:
[0031]根據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型的外殼；
[0032]根據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型的n-Ti02/S/p-Ti02復合物可作為鋰硫電池正極材料活性物質；
[0034]如圖2所示為本發明所制備的正極復合材料組裝后的電池循環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，本發明實施例所述方法合成出的正極復合材料具有優良的電化學性能。
[0035]綜上所述，利用本發明實施例所提供方法制備的正極復合材料能夠延緩多硫化物的溶解，增強電池循環性能，延長電池循環次數和電池壽命，從而實現L1-S電池廣泛商業化。
[0036]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種L1-S電池正極復合材料的制備方法，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、單質硫S以及多孔二氧化鈦porous-Ti〇2粉末按設定的質量比稱量好； 步驟2、將油浴鍋加熱到一定溫度，再將稱量好的單質硫放入所述油浴鍋內，使所述單質硫熔化； 步驟3、待所述單質硫全部熔化后，再加入稱量好的納米無孔二氧化鈦粉末，并繼續升溫攪拌； 步驟4、再進行降溫處理，并繼續攪拌； 步驟5、然后再次升溫，并加入稱量好的多孔二氧化鈦粉末，繼續攪拌，使所述單質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電池正極復合材料。2.根據權利要求1所述L1-S電池正極復合材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟I中，單質硫、納米無孔二氧化鈦和多孔二氧化鈦的質量比范圍為: 9:0.5:0.5-5:2.5:2.5ο3.根據權利要求1所述L1-S電池正極復合材料的制備方法，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.根據權利要求1所述L1-S電池正極復合材料的制備方法，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.根據權利要求1所述L1-S電池正極復合材料的制備方法，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.根據權利要求1所述L1-S電池正極復合材料的制備方法，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
【發明人】馬國正, 張慧, 龍群英, 陳紅雨
【申請人】華南師范大學