CN105047889B - 一种制备锂硫电池正极材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备锂硫电池正极材料的方法，首先将纳米二氧化钛TiO2粉末和单质硫S按设定的质量比称量好；将油浴锅加热到一定温度，再将称量好的单质硫放入所述油浴锅内，使所述单质硫熔化；待所述单质硫全部熔化后，加入称量好的二氧化钛粉末，并继续加热搅拌使二氧化钛和硫两者混合均匀；再进行降温处理，并继续搅拌；然后再次升温，并再次降温搅拌；再自然冷却后研磨成粉状，最终制备得到TiO2/S的锂硫电池正极复合材料。该方法能够快速高效的合成正极复合材料，为Li‑S电池的商业化提供了可能。

Description

一种制备锂硫电池正极材料的方法
技术领域
本发明涉及锂硫电池技术领域，尤其涉及一种制备锂硫电池正极材料的方法。
背景技术
目前，锂硫电池(Li-S电池)正极材料的诸多缺点一直是制约Li-S电池广泛商业化的原因，而对正极硫S的改性策略主要集中于将硫束缚在导电多孔的基体材料里面，如导电碳材料碳纳米管、介孔微孔碳、氧化石墨烯等，导电高分子聚合物，以及导电金属氧化物如二氧化钛、氧化镁等。
现有技术中将硫束缚浸入到导电多孔基质材料的方法主要有溶液法和固相法，溶液法是在一定溶剂里面，让多孔材料包覆在单质S的颗粒外层，此法合成出的材料电化学性能较好，但合成方法较为复杂；另一种方法则是将单质S和基体材料，按照一定质量比混匀，放入氮气气氛155℃烧结20小时以上，此法电化学性能较好，且合成方法简单可行，但是对设备要求较高，合成时间较长，耗能较高，经济效益不大。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备锂硫电池正极材料的方法，该方法能够快速高效的合成正极复合材料，为Li-S电池的商业化提供了可能。
一种制备锂硫电池正极材料的方法，所述方法包括：
步骤1、将纳米二氧化钛TiO2粉末和单质硫S按设定的质量比称量好；
步骤2、将油浴锅加热到一定温度，再将称量好的单质硫放入所述油浴锅内，使所述单质硫熔化；
步骤3、待所述单质硫全部熔化后，加入称量好的二氧化钛粉末，并继续加热搅拌使二氧化钛和硫两者混合均匀；
步骤4、再进行降温处理，并继续搅拌；
步骤5、然后再次升温，并再次降温搅拌；
步骤6、再自然冷却后研磨成粉状，最终制备得到TiO2/S的锂硫电池正极复合材料。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，该方法能够快速高效的合成正极复合材料，为Li-S电池的商业化提供了可能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供制备锂硫电池正极材料的方法流程示意图；
图2为本发明所制备的正极材料组装后的电池首次充放电示意图；
图3为本发明所制备的正极材料组装后的电池循环50次后的比容量和库伦效率图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供制备锂硫电池正极材料的方法流程示意图，所述方法包括：
步骤1、将纳米二氧化钛TiO2粉末和单质硫S按设定的质量比称量好；
在所述步骤1中，二氧化钛TiO2粉末和单质硫S的质量比范围为：5:5-1:9。
步骤2、将油浴锅加热到一定的温度，再将称量好的单质硫放入所述油浴锅内，使所述单质硫熔化；
在该步骤中，油浴锅加热温度范围为：150℃～155℃，通过先将油加热到指定温度再放入单质硫，减少硫单质在加热过程中的挥发。
步骤3、待所述单质硫全部熔化后，加入称量好的二氧化钛粉末，并继续加热搅拌使得二氧化钛和硫两者混合均匀；
在该步骤中，刚加入二氧化钛粉末时，二氧化钛粉末与熔融态的单质硫不能均匀混合，二者间存在界面，通过继续加热至155℃～160℃使硫的粘度变大，搅拌后使得二氧化钛和硫两者混合均匀。
这里的加热温度范围为：155℃～160℃。
步骤4、再进行降温处理，并继续搅拌；
在该步骤中，降温温度范围为：120℃～130℃。通过降温使粘度逐渐变小，降温过程有利于充分扩散。
步骤5、然后再次升温，并再次降温搅拌；
在该步骤中，为了使硫能够充分扩散，可再次升温，升温的温度范围为：155℃～160℃，再次降温的温度范围为：120℃。
步骤6、然后再自然冷却后研磨成粉状，最终制备得到TiO2/S的锂硫电池正极复合材料。
下面对按照上述方法制备的复合材料的性能进行测试，将上述方法合成的正极复合材料组装成2025型扣式电池，然后测试电池的电化学性能：
如图2所示为本发明所制备的正极材料组装后的电池首次充放电示意图，图2中上面是首次充电曲线，下面是首次放电曲线，由图2可知，按本方法合成的正极复合材料所组装成的电池在0.1C下，首次放电达1385mAh·g-1。
如图3所示为本发明所制备的正极材料组装后的电池循环50次后的比容量和库伦效率图，图3中上面倒三角是库仑效率图，下面是放电容量图，由图3可知：按本方法合成的正极复合材料所组装成的电池在循环50次后的容量为734mAh·g-1，容量保持率为53％。
由此可见，本发明所述方法合成出的正极复合材料具有优良的电化学性能。
综上所述，本发明实施例所提供的制备方法能够缩短Li-S电池正极复合材料的合成时间，简化设备，并提高正极复合材料的电化学性能，进而提高了Li-S电池的商业价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种制备锂硫电池正极材料的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、将纳米二氧化钛TiO2粉末和单质硫S按设定的质量比称量好；
步骤2、将油浴锅加热到一定温度，再将称量好的单质硫放入所述油浴锅内，使所述单质硫熔化；
步骤3、待所述单质硫全部熔化后，加入称量好的二氧化钛粉末，并继续加热搅拌使二氧化钛和硫两者混合均匀；
步骤4、再进行降温处理，并继续搅拌；
步骤5、然后再次升温，并再次降温搅拌；
步骤6、再自然冷却后研磨成粉状，最终制备得到TiO2/S的锂硫电池正极复合材料。
2.根据权利要求1所述制备锂硫电池正极材料的方法，其特征在于，
在所述步骤1中，二氧化钛TiO2粉末和单质硫S的质量比范围为：5:5-1:9。
3.根据权利要求1所述制备锂硫电池正极材料的方法，其特征在于，
在所述步骤2中，油浴锅加热温度范围为：150℃～155℃；
在所述步骤3中，加热温度范围为：155℃～160℃；
在所述步骤4中，降温温度范围为：120℃～130℃；
在所述步骤5中，再次升温的温度范围为：155℃～160℃，再次降温的温度为：120℃。
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