CN110911668A - 一种锂硫电池pip@s正极材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂硫电池PIP@S正极材料及制备方法，属于锂硫电池技术领域。首先将甲苯倒入气体保护的冷凝回流三颈烧瓶中，加热后加入硫粉，待溶解后加入氧化锌和四甲基秋兰姆二硫化物作为催化剂，再加入聚异戊二烯，在冷凝回流条件下充分反应，得到混合物，最后烘干多余甲苯，得到具有多孔结构的PIP@S有机硫，即所述锂硫电池PIP@S正极材料。本发明得到的锂硫电池PIP@S正极材料，具有良好的微观结构稳定性，在其熔化后能够实现自身支撑，使得电化学反应过程中正极上沉积的Li2S具有孔隙结构，避免了绝缘Li2S薄膜的生长，确保电池反应中电解液、硫和导电添加剂始终保持较大的接触面积，从而极大降低电池容量损失，显著提高循环稳定性。
Description
技术领域
本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种锂硫电池PIP@S正极材料及制备方法。
背景技术
随着人类社会对能源需求的不断增加，巨量的化石能源使用已经造成了越来越严重的环境问题。全球气候变暖以及极端气候的频发严重影响了世界经济发展和人类生存，人们对绿色能源的要求愈发迫切。开发再生洁净能源，减少化石资源的依赖，对缓解二氧化碳排放，保护环境具有重要的意义。而要想合理的利用诸如太阳能、风能、水力等可再生能源，匹配相应高效、便捷的储能技术是解决可再生能源与电力需求在时空分布上不匹配的关键。因此，开发能量密度高、充放电性能好、使用寿命长的储能技术受到了越来越多研究者们的关注。
作为一种最常用的储能技术，锂离子电池具有质量轻、成本低、能量密度高的优点。然而，目前商业化锂电池的能量密度已接近其所用正极材料(LiCoO2，LiMn2O4和LiFePO4)的理论极限，要想获得性能更加优秀的锂离子电池，必然要寻找一种新型的正极材料。硫(S)元素作为一种广泛存在于地球中的元素，具有提纯成本低、易于保存、无污染的特点的，而将硫用于电池正极材料制备的锂硫电池(Li-S)，其理论比容量高达1675mAh/g，理论比能量达到2600Wh/kg，远高于商业化的钴酸锂电池的容量(<200mAh/g)，是传统磷酸铁锂电池的五至十倍，具有非常诱人的使用前景(Ji X,Lee K T,Nazar L F.A highlyordered nanostructured carbon-sulphur cathode for lithium-sulphur batteries[J].Nature materials,2009,8(6):500)。因此，开发高性能、安全、经济的Li-S电池，对我国储能技术的发展，缓解我国能源压力具有十分重要的意义。
虽然硫作为正极材料具有诸多优点，但由于其本身导电性能很差，且在电化学反应过程中会生成绝缘的Li2S薄膜，导致Li-S电池的实际能量密度很低，远达不到商业化的需求(Bruce P G,Freunberger S A,Hardwick L J,et al.Li-O2 and Li-S batterieswith high energy storage[J].Nature materials,2012,11(1):19)。目前，常用的解决办法是将高比表面积的导电材料(石墨烯，炭黑)与硫混合，提高硫的导电性。但是，随着Li-S电池的多次循环，由于硫本身的作用，绝缘的Li2S最终会覆盖导电添加剂，进而导致电池容量的快速损失。为了避免这种情况，需要对硫自身进行一定的改性，使其具有一定的机械结构，在熔化后能够自身支撑。
发明内容
本发明针对硫正极材料经多次循环生成绝缘Li2S薄膜，导致电池容量快速损失的问题，提出了一种锂硫电池PIP@S正极材料及制备方法，该正极材料具有多孔结构PIP@S有机硫，其在熔化后能够自身支撑，避免了绝缘Li2S薄膜的生长，极大地降低了电池容量损失。
本发明的技术方案如下：
一种锂硫电池PIP@S正极材料，其特征在于，所述PIP@S正极材料为聚异戊二烯(PIP)和硫复合而成的PIP@S有机硫，所述PIP@S有机硫为多孔结构，其孔径大小为5～10nm。
进一步地，所述PIP@S有机硫由以下步骤制得：
步骤1：将甲苯倒入气体保护的具有冷凝回流的三颈烧瓶中，在100～200℃下加热10～20min，然后在甲苯中加入硫粉并完全溶解，得到硫含量为0.05～0.1g/ml的溶液A；
步骤2：在步骤1得到的溶液A中加入氧化锌(ZnO)和四甲基秋兰姆二硫化物作为催化剂，待两种催化剂完全溶解后得到混合溶液B，之后再在混合溶液B中加入聚异戊二烯(PIP)，在冷凝回流条件下反应30～60min，使得硫与PIP充分反应，得到混合物C；其中，ZnO、四甲基秋兰姆二硫化物和PIP的质量比为(0.5～1):(1～2):(5～10)，混合溶液B中ZnO的浓度为0.001g/ml；
步骤3：取出步骤2得到的混合物C，在50～100℃下烘2～5h去除多余的甲苯，得到多孔结构的PIP@S有机硫。
进一步地，步骤1所述的气体为氮气或惰性气体。
一种制备上述PIP@S正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将甲苯倒入气体保护的具有冷凝回流的三颈烧瓶中，在100～200℃下加热10～20min，然后在甲苯中加入硫粉并完全溶解，得到硫含量为0.05～0.1g/ml的溶液A；
步骤2：在步骤1得到的溶液A中加入氧化锌(ZnO)和四甲基秋兰姆二硫化物作为催化剂，待两种催化剂完全溶解后得到混合溶液B，之后再在混合溶液B中加入聚异戊二烯(PIP)，在冷凝回流条件下反应30～60min，使得硫与PIP充分反应，得到混合物C；其中，ZnO、四甲基秋兰姆二硫化物和PIP的质量比为(0.5～1):(1～2):(5～10)，混合溶液B中ZnO的浓度为0.001g/ml；
步骤3：取出步骤2得到的混合物C，在50～100℃下烘2～5h去除多余的甲苯，得到多孔结构的PIP@S有机硫，即锂硫电池PIP@S正极材料。
进一步地，步骤1所述的气体为氮气或惰性气体。
一种基于上述PIP@S正极材料制备正极的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将上述PIP@S有机硫球磨24～48h，得到PIP@S有机硫粉末，将PIP@S有机硫粉末与导电添加剂按照质量比(1～4)：1的比例混合，放入反应釜中，在100～200℃条件下熔融12～48h，得到黑色混合物D；
步骤2：将步骤1得到的黑色混合物D与粘结剂按质量比(5～9):(1～5)的比例混合后，加入N-甲基吡咯烷酮，在研磨器中研磨0.5～1h，得到黑色均一的粘稠浆料E；其中，浆料E中PIP@S有机硫的浓度为0.01～0.1g/ml；
步骤3：将步骤2得到的浆料E涂覆于铝箔上，放入真空烘干箱，在60～100℃条件下真空烘干12～24h，最终得到质地均一的正极。
进一步地，步骤1所述的导电添加剂为导电Ti3C2Tx材料、导电炭黑、碳纤维、石墨烯、科琴黑、乙炔黑、介孔碳、碳纳米管中的一种或多种。
进一步地，步骤2所述的粘结剂为聚偏氟乙烯。
进一步地，步骤3所述的将浆料E涂覆于铝箔上的涂覆量为20～30μl/cm2。
本发明的有益效果如下：
本发明得到的锂硫电池PIP@S正极材料，具有良好的微观结构稳定性，能极大地降低电池容量损失，显著提高循环稳定性。这是由于多孔结构的PIP@S有机硫具有一定机械性能，在熔化后能够实现自身支撑，使得电化学反应过程中正极上沉积的Li2S具有孔隙结构，避免了绝缘Li2S薄膜的生长，确保电池反应中电解液、硫和导电添加剂始终保持较大的接触面积，从而降低电池容量损失，提高循环稳定性，在大电流(2C)下，依旧保持电池可观的容量，且库伦效率接近100％。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的PIP@S有机硫的XRD图；
图2为本发明实施例1制得的PIP@S有机硫的SEM图；
图3为本发明实施例1制得的PIP@S有机硫与导电Ti3C2Tx的黑色混合物D经过多次电池反应后的SEM图；
图4为采用本发明实施例1制得的正极组装的锂硫电池在不同充放电电流下的性能图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。
实施例1
本实施例制备的是采用导电Ti3C2Tx作为导电添加剂的正极，具体步骤如下：
步骤1:：100ml甲苯倒入氮气保护的具有冷凝回流的150ml三颈烧瓶中，在150℃下加热10min，然后在甲苯中放入9g硫粉并完全溶解，得到硫含量为0.09g/ml的溶液A；
步骤2：在步骤1得到的溶液A中加入0.1g的ZnO以及0.2g四甲基秋兰姆二硫化物作为催化剂，待两种催化剂完全溶解后得到混合溶液B，再在混合溶液B中加入1g的PIP，在冷凝回流条件下，反应30min，使得硫粉与PIP充分反应，得到混合物C；
步骤3：取出步骤2得到的混合物C，在60℃下烘干2h去除多余的甲苯，得到多孔结构的PIP@S有机硫；
步骤4：将步骤3得到的PIP@S有机硫放入行星式球磨机中，球磨48h，得到粉末状的有机硫粉末，将PIP@S有机硫粉末与3g导电Ti3C2Tx混合，放入反应釜中，在155℃条件下熔融24h，得到PIP@S有机硫与导电Ti3C2Tx的黑色混合物D；
步骤5：将步骤4得到的黑色混合物D与2g聚偏氟乙烯混合后，加入150ml的N-甲基吡咯烷酮，在研磨器中研磨1h，得到黑色均一的粘稠浆料E；
步骤6：将步骤5得到的浆料E按20μl/cm2涂覆于铝箔上，放入真空烘干箱，在80℃条件下真空烘干12h，最终得到质地均一的正极。
图1为PIP@S有机硫的XRD图。
由图2可知，实施例1得到的PIP@S有机硫具有疏松多孔的结构，并且存在一定的机械性能。
由图3可知，多孔结构的PIP@S有机硫覆盖在层状导电Ti3C2Tx表面，即使在经过长时间电池循环后，PIP@S有机硫依旧保持稳定的微观结构，使得电解液、硫和导电添加剂能够充分接触，确保电池反应的顺利进行，从而提高电池的循环稳定性。
由图4可知，采用实施例1制得的正极组装的锂硫电池具有优异的电池循环稳定性，在大电流(2C)下，依旧保持电池可观的容量，且库伦效率接近100％。
实施例2
本实施例制备的是采用导电Ti3C2Tx作为导电添加剂的正极，具体步骤如下：
步骤1:：100ml甲苯倒入氮气保护的具有冷凝回流的150ml三颈烧瓶中，在150℃下加热10分钟，然后在甲苯中放入5g硫粉并完全溶解，得到硫含量为0.05g/ml的溶液A；
步骤2：在步骤1得到的溶液A中加入0.1g的ZnO以及0.2g四甲基秋兰姆二硫化物作为催化剂，待两种催化剂完全溶解后得到混合溶液B，再在混合溶液B中加入0.5g的PIP，在冷凝回流条件下，反应30min，使得硫粉与PIP充分反应，得到混合物C；
步骤3：取出步骤2得到的混合物C，在60℃下烘干2h去除多余的甲苯，得到多孔结构的PIP@S有机硫；
步骤4：将步骤3得到的PIP@S有机硫放入行星式球磨机中，球磨48h，得到粉末状的有机硫粉末，将PIP@S有机硫粉末与1.5g导电Ti3C2Tx混合，放入反应釜中，在155℃条件下熔融24h，得到PIP@S有机硫与导电Ti3C2Tx的黑色混合物D；
步骤5：将步骤4得到的黑色混合物D与1.5g聚偏氟乙烯混合后，加入100ml的N-甲基吡咯烷酮，在研磨器中研磨1h，得到黑色均一的粘稠浆料E；
步骤6：将步骤5得到的浆料E按20μl/cm2涂覆于铝箔上，放入真空烘干箱，在80℃条件下真空烘干12h，最终得到质地均一的正极。
实施例3
按照实施例1的步骤制备正极，仅将实施例1中步骤4的导电Ti3C2Tx调整为导电炭黑，其他步骤不变。
Claims (9)
1.一种锂硫电池PIP@S正极材料，其特征在于，所述PIP@S正极材料为聚异戊二烯和硫复合而成的PIP@S有机硫，所述PIP@S有机硫为多孔结构，其孔径大小为5～10nm。
2.根据权利要求1所述PIP@S正极材料，其特征在于，所述PIP@S有机硫由以下步骤制得：
步骤1：将甲苯倒入气体保护的冷凝回流三颈烧瓶中，在100～200℃下加热10～20min，然后加入硫粉并完全溶解，得到硫含量为0.05～0.1g/ml的溶液A；
步骤2：在步骤1得到的溶液A中加入氧化锌和四甲基秋兰姆二硫化物，完全溶解后得到混合溶液B，再在混合溶液B中加入聚异戊二烯，冷凝回流条件下反应30～60min，使得硫与聚异戊二烯充分反应，得到混合物C；其中，氧化锌、四甲基秋兰姆二硫化物和聚异戊二烯的质量比为(0.5～1):(1～2):(5～10)，混合溶液B中氧化锌的浓度为0.001g/ml；
步骤3：取出步骤2得到的混合物C，在50～100℃下烘2～5h去除多余的甲苯，得到多孔结构的PIP@S有机硫。
3.根据权利要求2所述PIP@S正极材料，其特征在于，步骤1所述气体为氮气或惰性气体。
4.一种锂硫电池PIP@S正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将甲苯倒入气体保护的冷凝回流三颈烧瓶中，在100～200℃下加热10～20min，然后加入硫粉并完全溶解，得到硫含量为0.05～0.1g/ml的溶液A；
步骤2：在步骤1得到的溶液A中加入氧化锌和四甲基秋兰姆二硫化物，完全溶解后得到混合溶液B，再在混合溶液B中加入聚异戊二烯，冷凝回流条件下反应30～60min，使得硫与聚异戊二烯充分反应，得到混合物C；其中，氧化锌、四甲基秋兰姆二硫化物和聚异戊二烯的质量比为(0.5～1):(1～2):(5～10)，混合溶液B中氧化锌的浓度为0.001g/ml；
步骤3：取出步骤2得到的混合物C，在50～100℃下烘2～5h去除多余的甲苯，得到多孔结构的PIP@S有机硫，即锂硫电池PIP@S正极材料。
5.根据权利要求4所述锂硫电池PIP@S正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1所述气体为氮气或惰性气体。
6.一种锂硫电池正极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将权利要求1或2所述的PIP@S有机硫球磨24～48h，得到PIP@S有机硫粉末，将PIP@S有机硫粉末与导电添加剂按质量比(1～4)：1的比例混合，放入反应釜中，在100～200℃下熔融12～48h，得到黑色混合物D；
步骤2：将步骤1得到的黑色混合物D与粘结剂按质量比(5～9):(1～5)的比例混合，加入N-甲基吡咯烷酮，研磨0.5～1h，得到浆料E；其中，浆料E中PIP@S有机硫的浓度为0.01～0.1g/ml；
步骤3：将步骤2得到的浆料E涂覆于铝箔上，在60～100℃下真空烘干12～24h，得到正极。
7.根据权利要求6所述锂硫电池正极的制备方法，其特征在于，步骤1所述的导电添加剂为导电Ti3C2Tx材料、导电炭黑、碳纤维、石墨烯、科琴黑、乙炔黑、介孔碳、碳纳米管中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述锂硫电池正极的制备方法，其特征在于，步骤2所述的粘结剂为聚偏氟乙烯。
9.根据权利要求6所述锂硫电池正极的制备方法，其特征在于，步骤3所述涂覆的涂覆量为20～30μl/cm2。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1482693A (zh) * | 2002-09-11 | 2004-03-17 | ����Sdi��ʽ���� | 锂硫电池的正极和锂硫电池以及包含它的制品 |
| JP2012150933A (ja) * | 2011-01-18 | 2012-08-09 | Toyota Industries Corp | 硫黄系正極活物質とその製造方法及びリチウムイオン二次電池用正極。 |
| WO2012150062A1 (de) * | 2011-05-02 | 2012-11-08 | Robert Bosch Gmbh | Polyacrylnitril-schwefel-kompositwerkstoff |
| CN102791628A (zh) * | 2010-02-19 | 2012-11-21 | 创业发展联盟技术有限公司 | 碳材料及其制造方法 |
| WO2013182360A1 (de) * | 2012-06-08 | 2013-12-12 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum herstellen eines polyacrylnitril-schwefel-kompositwerkstoffs |
| CN104485449A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-01 | 东莞市丰邦新能源科技有限公司 | 一种用于锂硫电池正极的聚合物包覆硫复合材料的制备方法 |
| JP2016053159A (ja) * | 2014-09-01 | 2016-04-14 | 国立大学法人山口大学 | イオン性基を有する含硫黄ポリマー |
| CN105924689A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-09-07 | 苏州大学 | 一种利用硫化橡胶制备锂硫电池正极材料的方法 |
| US20170033400A1 (en) * | 2014-04-18 | 2017-02-02 | Seeo, Inc. | Long cycle-life lithium sulfur solid state electrochemical cell |
| US9567439B1 (en) * | 2011-08-11 | 2017-02-14 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Sulfur composites and polymeric materials from elemental sulfur |
| US20170207448A1 (en) * | 2014-06-06 | 2017-07-20 | Robert Bosch Gmbh | Cathode material for lithium sulphur cells |
-
2019
- 2019-12-02 CN CN201911210781.6A patent/CN110911668A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1482693A (zh) * | 2002-09-11 | 2004-03-17 | ����Sdi��ʽ���� | 锂硫电池的正极和锂硫电池以及包含它的制品 |
| CN102791628A (zh) * | 2010-02-19 | 2012-11-21 | 创业发展联盟技术有限公司 | 碳材料及其制造方法 |
| JP2012150933A (ja) * | 2011-01-18 | 2012-08-09 | Toyota Industries Corp | 硫黄系正極活物質とその製造方法及びリチウムイオン二次電池用正極。 |
| WO2012150062A1 (de) * | 2011-05-02 | 2012-11-08 | Robert Bosch Gmbh | Polyacrylnitril-schwefel-kompositwerkstoff |
| US9567439B1 (en) * | 2011-08-11 | 2017-02-14 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Sulfur composites and polymeric materials from elemental sulfur |
| WO2013182360A1 (de) * | 2012-06-08 | 2013-12-12 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum herstellen eines polyacrylnitril-schwefel-kompositwerkstoffs |
| US20170033400A1 (en) * | 2014-04-18 | 2017-02-02 | Seeo, Inc. | Long cycle-life lithium sulfur solid state electrochemical cell |
| US20170207448A1 (en) * | 2014-06-06 | 2017-07-20 | Robert Bosch Gmbh | Cathode material for lithium sulphur cells |
| JP2016053159A (ja) * | 2014-09-01 | 2016-04-14 | 国立大学法人山口大学 | イオン性基を有する含硫黄ポリマー |
| CN104485449A (zh) * | 2014-12-31 | 2015-04-01 | 东莞市丰邦新能源科技有限公司 | 一种用于锂硫电池正极的聚合物包覆硫复合材料的制备方法 |
| CN105924689A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-09-07 | 苏州大学 | 一种利用硫化橡胶制备锂硫电池正极材料的方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| HONG PAN 等: "Titanium oxide-Ti3C2 hybrids as sulfur hosts in lithium-sulfur battery:Fast oxidation treatment and enhanced polysulfide adsorption ability", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》 * |
| LI, ZEHENG 等: "Polyisoprene Captured Sulfur Nanocomposite Materials for High-Areal-Capacity Lithium Sulfur Battery", 《ACS APPLIED POLYMER MATERIALS》 * |
| LI, ZEHENG 等: "Polyisoprene Captured Sulfur Nanocomposite Materials for High-Areal-Capacity Lithium Sulfur Battery", 《ACS APPLIED POLYMER MATERIALS》, 22 May 2019 (2019-05-22) * |
| 雷天宇: "微纳结构的界面调控对锂硫电池电化学性能的影响", 《中国博士学位论文全文数据库》, pages 51 * |
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