一種氧化鋁空心球鋰硫電池正極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利設(shè)及納米材料合成，特別設(shè)及一種裡硫電池正極材料的制備方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 裡硫電池是W金屬裡為負(fù)極，單質(zhì)硫?yàn)檎龢O的電池體系。裡硫電池的具有兩個(gè)放 電平臺(tái)（約為2.4 V和2.1 V)，但其電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜。裡硫電池具有比能量高 (2600 Wh/kg)、比容量高（1675 mAh/g)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是很有發(fā)展前景的新一代電 池。但是目前其存在著活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)壽命低和安全性差等問題，運(yùn)嚴(yán)重制約著裡 硫電池的發(fā)展。造成上述問題的主要原因有W下幾個(gè)方面：（0單質(zhì)硫是電子和離子絕緣 體，室溫電導(dǎo)率低巧XICT^S . cnfi)，由于沒有離子態(tài)的硫存在，因而作為正極材料活化困 難;（2)在電極反應(yīng)過程中產(chǎn)生的高聚態(tài)多硫化裡Li2Sn(8>n> 4)易溶于電解液中，在正負(fù) 極之間形成濃度差，在濃度梯度的作用下遷移到負(fù)極，高聚態(tài)多硫化裡被金屬裡還原成低 聚態(tài)多硫化裡。隨著W上反應(yīng)的進(jìn)行，低聚態(tài)多硫化裡在負(fù)極聚集，最終在兩電極之間形成 濃度差，又遷移到正極被氧化成高聚態(tài)多硫化裡。運(yùn)種現(xiàn)象被稱為飛梭效應(yīng)，降低了硫活性 物質(zhì)的利用率。同時(shí)不溶性的LisS和Li2S2沉積在裡負(fù)極表面，更進(jìn)一步惡化了裡硫電池的 性能；（3)反應(yīng)最終產(chǎn)物L(fēng)isS同樣是電子絕緣體，會(huì)沉積在硫電極上，而裡離子在固態(tài)硫化 裡中遷移速度慢，使電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速度變慢；（4)硫和最終產(chǎn)物L(fēng)isS的密度不同，當(dāng)硫 被裡化后體積膨脹大約79%，易導(dǎo)致LisS的粉化，引起裡硫電池的安全問題。上述不足制約 著裡硫電池的發(fā)展，運(yùn)也是目前裡硫電池研究需要解決的重點(diǎn)問題。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種石墨締/氧化侶空屯、球/硫復(fù)合材料，制備方 法簡(jiǎn)單，導(dǎo)電性良好的石墨締提供導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，空屯、結(jié)構(gòu)的氧化侶包覆著硫基材料，能夠阻止 放電產(chǎn)物多硫化物的溶解并緩解體積膨脹，提高材料的電化學(xué)性能。
[0006] 本發(fā)明提供一種石墨締/氧化侶空屯、球/硫復(fù)合材料的制備工藝流程如下： (1)將侶粉分散在十八水娃酸侶水溶液中，攬拌，然后逐漸加入尿素繼續(xù)攬拌，直到沉 淀不再增加，反應(yīng)完全后，過濾沉淀物，水洗，60°C烘干，得到Al-Al (OH) 3材料。
[0007] (2)將得到的A1-A1(0H)3材料放入馬弗爐內(nèi)進(jìn)行高溫般燒，反應(yīng)完全后得到空屯、 氧化侶。
[0008] (3)將得到的空屯、氧化侶、硫單質(zhì)、石墨締加入到二硫化碳中，超聲分散，形成懸浮 液，然后蒸干溶劑，得到復(fù)合材料。
[0009] 步驟(1)中侶粉的粒徑為1-100皿，十八水娃酸侶水溶液的濃度為0.2-0.4mol/L; 步驟(2)中高溫般燒的溫度為900-1100°C，反應(yīng)時(shí)間為1-3小時(shí)； 步驟(3)空屯、氧化侶、硫單質(zhì)、石墨締的質(zhì)量比為15-30:60-80: 5-10;超聲分散時(shí)間為 0.5-5小時(shí);蒸干溶劑的溫度為40-60°C ; 本發(fā)明具有如下有益效果：（〇石墨締具有超高的電導(dǎo)率，通過該方法制備出的石墨 締/氧化侶空屯、球/硫復(fù)合材料能夠有效的提高裡硫電池正極材料的電子導(dǎo)電率和離子導(dǎo) 電率;（2)石墨締/氧化侶空屯、球/硫復(fù)合材料中氧化侶空屯、球的包覆著硫基材料，能抑制放 電產(chǎn)物多硫化物的溶解W及緩解體積膨脹，提高其電化學(xué)性能。
[0010]
【附圖說明】
[00川圖1是本發(fā)明制備的石墨締/氧化侶空屯、球/硫復(fù)合材料的沈M圖。
[0012]
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較優(yōu)的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明： 實(shí)施例1 (1)將0.5g粒徑為Ium侶粉分散在0.2mol/L的50mol十八水娃酸侶水溶液中，攬拌，然后 逐漸加入尿素繼續(xù)攬拌，直到沉淀不再增加，反應(yīng)完全后，過濾沉淀物，水洗，60°C烘干，得 到 A1-A1(0H)3 材料。
[0014] (2)將得到的ai-ai(oh)3材料放入馬弗爐內(nèi)Iiocrc下進(jìn)行高溫般燒，1小時(shí)，得到 至屯、氧化侶。
[001引（3)將15mg空屯、氧化侶、SOmg硫單質(zhì)、5mg石墨締加入到二硫化碳中，超聲分散0.5 小時(shí)，形成懸浮液，然后40°C蒸干溶劑，得到復(fù)合材料。
[0016] 實(shí)施例2 (1)將0.5g粒徑為IOOum侶粉分散在0.4mol/L的50mol十八水娃酸侶水溶液中，攬拌，然 后逐漸加入尿素繼續(xù)攬拌，直到沉淀不再增加，反應(yīng)完全后，過濾沉淀物，水洗，60°C烘干， 得到A1-A1(0H)3材料。
[0017] (2)將得到的A1-A1(0H)3材料放入馬弗爐內(nèi)900°C下進(jìn)行高溫般燒，3小時(shí)，得到空 屯、氧化侶。
[001引（3)將30mg空屯、氧化侶、60mg硫單質(zhì)、IOmg石墨締加入到二硫化碳中，超聲分散5小 時(shí)，形成懸浮液，然后60°C蒸干溶劑，得到復(fù)合材料。
[0019] 實(shí)施例3 (1)將0.5旨粒徑為5011111侶粉分散在0.化111〇1/1的50111〇1十八水娃酸侶水溶液中，攬拌，然 后逐漸加入尿素繼續(xù)攬拌，直到沉淀不再增加，反應(yīng)完全后，過濾沉淀物，水洗，60°C烘干， 得到A1-A1(0H)3材料。
[0020] (2)將得到的A1-A1(0H)3材料放入馬弗爐內(nèi)1000°C下進(jìn)行高溫般燒，2小時(shí)，得到 至屯、氧化侶。
[0021 ] (3)將23mg空屯、氧化侶、70mg硫單質(zhì)、7mg石墨締加入到二硫化碳中，超聲分散1小 時(shí)，形成懸浮液，然后50°C蒸干溶劑，得到復(fù)合材料。
[0022] 實(shí)施例4 (1)將0.5旨粒徑為10皿侶粉分散在0.3111〇1/1的50111〇1十八水娃酸侶水溶液中，攬拌，然 后逐漸加入尿素繼續(xù)攬拌，直到沉淀不再增加，反應(yīng)完全后，過濾沉淀物，水洗，60°C烘干， 得到A1-A1(0H)3材料。
[0023] (2)將得到的Al-Al(0H)3材料放入馬弗爐內(nèi)9500°C下進(jìn)行高溫般燒，2.5小時(shí)，得 到空屯、氧化侶。
[0024] (3)將20mg空屯、氧化侶、75mg硫單質(zhì)、5mg石墨締加入到二硫化碳中，超聲分散2小 時(shí)，形成懸浮液，然后45 °C蒸干溶劑，得到復(fù)合材料。
[0025] 實(shí)施例5 (1)將0.5g粒徑為20um侶粉分散在0.35mol/L的50mol十八水娃酸侶水溶液中，攬拌，然 后逐漸加入尿素繼續(xù)攬拌，直到沉淀不再增加，反應(yīng)完全后，過濾沉淀物，水洗，60°C烘干， 得到A1-A1(0H)3材料。
[00%] (2)將得到的A1-A1(0H)3材料放入馬弗爐內(nèi)1050°C下進(jìn)行高溫般燒，1.5小時(shí)，得 到空屯、氧化侶。
[0027] (3)將27mg空屯、氧化侶、65mg硫單質(zhì)、Smg石墨締加入到二硫化碳中，超聲分散3小 時(shí)，形成懸浮液，然后55 °C蒸干溶劑，得到復(fù)合材料。
[002引 電極的制備及性能測(cè)試;將電極材料、乙烘黑和PVDF按質(zhì)量比80:10:10在NMP中混合， 涂覆在侶錐上為電極膜，金屬裡片為對(duì)電極，CELGA畑2400為隔膜，lmol/L的LiTFSI/D化-DME(體積比1:1)為電解液，Imol/L的LiNOS為添加劑，在充滿Ar手套箱內(nèi)組裝成扣式電池， 采用Land電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行恒流充放電測(cè)試。充放電電壓范圍為1-3V，電流密度為1C，性能 如表1所示。
[0029] 表1
圖1為本發(fā)明制備出正極材料的SEM圖，從圖中可W看出氧化侶包覆的硫化裡顆粒均勻 的分布在石墨締表面上，有利于提高材料的電化學(xué)性能。
[0030] W上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于運(yùn)些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)化圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氧化鋁空心球鋰硫電池正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟： 步驟（1)將鋁粉分散在十八水硅酸鋁水溶液中，攪拌，然后逐漸加入尿素繼續(xù)攪拌，直 到沉淀不再增加，反應(yīng)完全后，過濾沉淀物，水洗，烘干，得到A1-A1(0H)3材料； 步驟(2)將得到的ΑΙ-ΑΚΟ!!、材料放入馬弗爐內(nèi)進(jìn)行高溫煅燒，反應(yīng)完全后得到空心氧 化鋁； 步驟(3)將得到的空心氧化鋁、硫單質(zhì)和石墨烯加入到二硫化碳中，超聲分散，形成懸 浮液，然后蒸干溶劑，得到復(fù)合材料。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（1)中鋁粉的粒徑為l-100um，十八 水娃酸鋁水溶液的濃度為0.2-0.4mol/L。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中高溫煅燒的溫度為900-1100 °C，反應(yīng)時(shí)間為1-3小時(shí)。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)空心氧化錯(cuò)、硫單質(zhì)、石墨稀的 質(zhì)量比為15-30:60-80: 5-10;超聲分散時(shí)間為0.5-5小時(shí);蒸干溶劑的溫度為40-60 °C。
【專利摘要】發(fā)明提供一種氧化鋁空心球鋰硫電池正極材料的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟：步驟（1）將鋁粉分散在十八水硅酸鋁水溶液中，攪拌，然后逐漸加入尿素繼續(xù)攪拌，直到沉淀不再增加，反應(yīng)完全后，過濾沉淀物，水洗，烘干，得到Al-Al(OH)3材料；步驟（2）將得到的Al-Al(OH)3材料放入馬弗爐內(nèi)進(jìn)行高溫煅燒，反應(yīng)完全后得到空心氧化鋁；步驟（3）將得到的空心氧化鋁、硫單質(zhì)、石墨烯加入到二硫化碳中，超聲分散，形成懸浮液，然后蒸干溶劑，得到復(fù)合材料。石墨烯/氧化鋁空心球/硫復(fù)合材料中氧化鋁空心球的包覆著硫基材料，能抑制放電產(chǎn)物多硫化物的溶解以及緩解體積膨脹，提高其電化學(xué)性能。
【IPC分類】H01M4/36, H01M10/052, H01M4/62
【公開號(hào)】CN105633377
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610098963
【發(fā)明人】鐘玲瓏, 肖麗芳
【申請(qǐng)人】鐘玲瓏
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年2月21日