CN111416121A - 一种具有功能中间层的硫正极材料及其制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有功能中间层的硫正极材料及其制备与应用，采用商业凯夫拉纤维和过渡金属盐溶液作为原料，制备出具有功能中间层的硫正极材料。本发明与其他锂硫电池的改性相比，由于原料来自于杜邦公司生产的芳纶纤维，生产技术成熟，可用于大规模生产，对其溶解和复合的步骤简单，易于制备，且涂敷烘干后得到的具有功能中间层的硫正极材料用于锂硫电池中，其循环性能和倍率性能得到了很大的提升，并在70℃高温下电池也可以正常运行，拓宽了锂硫电池适用的温度区间；制备方法简单，成本低廉，性能优异，适合大规模商业电池的生产。
Description
技术领域
本发明属于锂硫电池电极材料技术领域，涉及一种具有功能中间层的硫正极材料及其制备与应用。
背景技术
锂硫电池以硫单质为阴极，以金属锂为阳极。放电时，阳极反应为锂失去电子变为锂离子，阴极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物。由于发生多电子转移反应，因此，其具有很高的理论比容量，比容量高达1672mAh/g。另外，由于硫单质具备环境污染小、无毒、成本低、原料来源广泛等特点，因此，锂硫电池受到越来越多的关注。
隔膜是锂硫电池中的一个重要组成部分，用于分离阴极和阳极，以避免内部短路，同时有助于自由锂离子在电极之间运输。锂硫电池隔膜通常为聚丙烯/聚乙烯(PP/PE)等非极性薄膜，锂硫电池在放电过程中产生的多硫化物(Li2Sx，其中，4≤x≤8)具有高极性特征，并且极易溶于电解液。多硫化物溶解引起的寄生反应严重影响了Li-S电池的循环性能和库仑效率。然而，现有技术中的锂硫电池隔膜很难抑制多硫化物扩散，进而使多硫化物在阴极和阳极之间穿梭，导致阴极含硫结构的不可逆破坏。上述隔膜的缺点导致锂硫电池的循环稳定性差，实际比容量低等一系列问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有功能中间层的硫正极材料及其制备与应用，通过氢氧化镍与凯夫拉-镍离子纤维复合的分散液涂敷在锂硫电池正极表面，烘干溶剂后，在硫正极表面形成一层功能中间层，抑制多硫化物的穿梭效应并提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能，解决锂硫电池中多硫化物的穿梭效应导致的低循环性能和低倍率性能的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有功能中间层的硫正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液的制备：将凯夫拉纤维、氢氧化钾加入至无水二甲基亚砜中，充分分散后，得到凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液；
2)氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液的制备：将镍盐溶解在二甲基亚砜中，得到镍盐溶液，之后将镍盐溶液滴加至凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液中，充分分散后，得到混合溶液，之后将水缓慢滴加至剧烈搅拌状态下的混合溶液中，反应1-2天后，得到氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液(通过简单的溶剂共混和原位还原得到氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液)；
3)纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液的制备：将氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液进行固液分离后，用水对固体进行清洗，以洗去其中的氢氧化钾杂质，之后将固体再次加入至二甲基亚砜中，充分分散后，得到纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液；
4)硫正极极片的涂敷；将纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液涂布在硫正极极片上，干燥后即得到具有功能中间层的硫正极材料。
进一步地，步骤1)中，所述的凯夫拉纤维与氢氧化钾的质量比为1:(1.5-4)，每1g凯夫拉纤维加入至(100-1000)mL无水二甲基亚砜中。凯夫拉纤维为美国杜邦公司生产的芳纶纤维材料的品牌名，材料原名叫“聚对苯二甲酰对苯二胺”。凯夫拉纤维的种类优选为K29、K49或K49AP。
进一步地，步骤1)中，所述的分散为搅拌分散，所述的搅拌分散的温度为20-50℃，搅拌时间为7-10天。
进一步地，步骤2)中，所述的镍盐为乙酸镍，所述的镍盐溶液中，镍盐的浓度为(1-5)mg/mL；所述的镍盐溶液与凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液的体积比为(1-3):1。
进一步地，步骤2)中，所述的分散为搅拌分散和/或超声分散，所述的搅拌分散的温度为20-50℃，搅拌时间为1-4h。
进一步地，步骤3)中，所述的固液分离为减压抽滤分离或离心分离。
进一步地，步骤3)中，所述的分散为搅拌分散，搅拌时间为1-2天。
进一步地，步骤4)中，涂布过程为：先将纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液滴加至在硫正极极片上，之后用刮刀进行涂布。硫正极极片包括纯硫正极、碳包覆的硫正极、氧化物包覆的硫正极或其他硫正极材料。
进一步地，步骤4)中，干燥过程中，干燥温度为60-80℃，干燥时间为2-8h。
一种具有功能中间层的硫正极材料，该硫正极材料采用所述的方法制备而成。
一种具有功能中间层的硫正极材料的应用，所述的硫正极材料用于锂硫电池中。
本发明设计了一种简便的方法制备功能中间层并且抑制多硫化物穿梭效应，同时还能提供良好的电子和离子传输路径，有助于解决锂硫电池中多硫化物的穿梭效应导致的低循环性能和低倍率性能的技术问题。本发明以商业凯夫拉纤维和过渡金属盐溶液作为原料，先将凯夫拉纤维溶解制备出纳米级别的芳纶纤维分散液，并与过渡金属复合，得到分散液用以涂敷在锂硫电池正极极片上，烘干溶剂后，在硫正极表面制备出氢氧化镍与凯夫拉-镍离子纤维功能中间层。这一功能中间层很好地解决了锂硫电池的“穿梭效应”，从而得到了长循环和倍率性能优异的锂硫电池，同时还可以提升锂硫电池的使用温度范围，得到更为安全的锂硫电池。
本发明中，氢氧化镍与凯夫拉-镍离子纤维功能中间层有高倍率性能、循环稳定性和高温性能，其技术原理为：
1)氢氧化镍与凯夫拉-镍离子纤维功能中间层为具有丰富微孔的蜘蛛网结构，其可以物理限制多硫化物穿过该功能层；
2)凯夫拉纳米纤维具有丰富的酰胺官能团，会对带负电荷的多硫化物有一定的吸附作用，同时夹杂在网络中的二价镍离子会对多硫化物有一个催化性能；
3)由于凯夫拉纤维本身具有优异的耐热性和机械性能，所以当电池内温度升高，该中间层可以将温度均匀的传导，从而提升了其高温性能。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)本发明采用商业凯夫拉纤维和过渡金属盐溶液作为原料，制备出具有功能中间层的硫正极材料，与其他锂硫电池的改性相比，由于原料来自于杜邦公司生产的芳纶纤维，生产技术成熟，可用于大规模生产，对其溶解和复合的步骤简单，易于制备，且涂敷烘干后得到的具有功能中间层的硫正极材料用于锂硫电池中，其循环性能和倍率性能得到了很大的提升，并在70℃高温下电池也可以正常运行，拓宽了锂硫电池适用的温度区间；制备方法简单，成本低廉，性能优异，适合大规模商业电池的生产。
2)本发明方法简单有效，得到的电池材料储能性能优异。具体来说，该中间层为酰胺键的网状结构同时夹杂着镍离子，可以很好地抑制多硫化物的穿梭效应，保护锂硫电池，防止在充放电过程中产生的多硫化物流失到负极，同时由于其优异的耐热性能，提高了锂硫电池的高温性能，所以得到的正极材料储能性能优异(纯硫正极，1C的充放电流密度下，每圈的容量损失率仅为0.047％)。
附图说明
图1为实施例1中制得的功能中间层在高倍数下的扫描电镜图；
图2为实施例1中制得的功能中间层覆盖在纯硫正极表面的扫描电镜正视图；
图3为实施例1中制得的具有功能中间层的纯硫正极表面在不同放大倍数下的扫描电镜照片；
图4为实施例1中制得的功能中间层的扫描电镜照片；
图5为实施例1中制得的氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维分散液在不同放大倍数下的透射电镜照片；
图6为实施例1中制得的具有功能中间层的纯硫正极材料组装成的锂硫电池的循环性能图；
图7为实施例1中制得的具有功能中间层的纯硫正极材料组装成的锂硫电池的长循环性能图；
图8为实施例1中具有功能中间层的纯硫正极材料组装成的锂硫电池在70℃高温下的循环性能图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
一种采用商业凯夫拉纤维和过渡金属盐溶液作为原料得到分散液，并涂敷锂硫电池正极材料以形成功能中间层的制备方法，包括以下步骤：
1)将1.0g凯夫拉纤维和1.5g氢氧化钾加入到500mL无水二甲基亚砜中，搅拌溶解7天，得到凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液；
2)将20mg乙酸镍溶解在10mL二甲基亚砜中，并将其滴加到30mL步骤1)得到凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液中，在室温下搅拌1h，再将30mL去离子水缓慢滴加到剧烈搅拌的混合溶液中，反应1天，通过简单的溶剂共混和原位还原得到氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合的分散液；
3)将40mL步骤2)得到的氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合的分散液通过降压抽滤，并用900mL去离子水去清洗，目的是洗去其中的氢氧化钾杂质，得到氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合膜；
4)将复合薄膜重新溶解到30mL二甲基亚砜中，搅拌1-2天得到涂敷的分散液；
5)将纯硫纳米颗粒配成含有导电剂、粘接剂以及有机溶剂的浆料。导电剂为乙炔黑，粘接剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，其中，纯硫纳米颗粒、导电剂和粘接剂的质量比为7：2：1，然后将浆料涂布在铝箔集流体上，作为锂硫电池正极极片，面载量为1mg/cm2。
6)取步骤4)得到的分散液，滴加到步骤5)得到的极片上，用刮刀进行涂布，涂布的厚度为200μm，随后在80℃的烘箱中干燥8h，再在手套箱中组装成电池，得到具有功能中间层的锂硫电池。
本实施例通过采用废旧离子交换树脂为原料合成的发糕状多孔碳复合硫作为锂硫电池正极材料制备锂硫电池，其电化学性能通过电化学工作站和蓝电测试系统进行测试；所用的电化学工作站为辰华电化学工作站；蓝电测试系统采用LAND-CT2001。电化学性能测试采用2032型纽扣电池测试，纽扣电池在充满氩气的手套箱中组装，手套箱内水的含量值和氧的含量值都保持在0.1ppm以下。
图1为本实施例中制得的功能中间层在高倍数下的扫描电镜图。可以看出，由于纳米纤维间的强氢键，使这些纤维相互重叠形成高度网状的多孔结构。
图2为本实施例中制得的功能中间层覆盖在纯硫正极表面的扫描电镜正视图。图片下侧为已经涂敷完成的形貌，可以看出，功能中间层均匀的分布在硫颗粒表面，使原先粗糙的纯硫极片变得光滑平整。
图3为本实施例中制得的具有功能中间层的纯硫正极表面在不同放大倍数下的扫描电镜照片。可以清楚地看见，在纳米硫颗粒表面形成了网状的功能中间层。
图4为本实施例中制得的功能中间层的扫描电镜照片。可以清楚地看见，中间层为厚度仅有60nm左右的薄膜。
图5为本实施例中制得的氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维分散液在不同放大倍数下的透射电镜照片。可以清楚看到，在纤维中间夹杂着氢氧化镍。
图6为本实施例中制得的具有功能中间层的纯硫正极材料组装成的锂硫电池的循环性能图。可以看到，该锂硫电池在1C的充放电倍率下循环400圈后，拥有601mAh g-1的比容量，相比于纯硫对比样和纯凯夫拉对比样稳定性有明显提升。
图7为本实施例中制得的具有功能中间层的纯硫正极材料组装成的锂硫电池的长循环性能图。可以看到，循环800圈的容量损失率仅为0.047％。
图8为本实施例中具有功能中间层的纯硫正极材料组装成的锂硫电池在70℃高温下的循环性能图。可以看出，由于凯夫拉纳米纤维良好的导热性能，即使在70℃的高温下，电池也可以正常运行，普通电池在70℃高温下无法正常运行。
实施例2：
一种采用商业凯夫拉纤维和过渡金属盐溶液作为原料得到分散液，并涂敷锂硫电池正极材料以形成功能中间层的制备方法，包括以下步骤：
1)将3.0g凯夫拉纤维和1.5g氢氧化钾加入到200mL无水二甲基亚砜中，搅拌溶解7天，得到凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液；
2)将60mg乙酸镍溶解在10mL二甲基亚砜中，并将其滴加到30mL步骤1)得到凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液中，在室温下搅拌1h，再将30mL去离子水缓慢滴加到剧烈搅拌的混合溶液中，反应1天，通过简单的溶剂共混和原位还原得到氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合的分散液；
3)将40mL步骤2)得到的氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合的分散液通过降压抽滤，并用900mL去离子水去清洗，目的是洗去其中的氢氧化钾杂质，得到氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合膜；
4)将复合薄膜重新溶解到40mL二甲基亚砜中，搅拌1-2天得到涂敷的分散液；
5)将纯硫纳米颗粒配成含有导电剂、粘接剂以及有机溶剂的浆料。导电剂为乙炔黑，粘接剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，其中，纯硫纳米颗粒、导电剂和粘接剂的质量比为7：2：1，然后将浆料涂布在铝箔集流体上，作为锂硫电池正极极片，面载量为1mg/cm2。
6)取步骤4)得到的分散液，滴加到步骤5)得到的极片上，用刮刀进行涂布，涂布的厚度为600μm，随后在80℃的烘箱中干燥8h，再在手套箱中组装成电池，得到具有功能中间层的锂硫电池，组装好的电池在蓝电测试系统及电化学工作站进行电化学测试以及将样品进行其他方面的物理表征等。
实施例3：
一种采用商业凯夫拉纤维和过渡金属盐溶液作为原料得到分散液，并涂敷锂硫电池正极材料以形成功能中间层的制备方法，包括以下步骤：
1)将2.0g凯夫拉纤维和1.5g氢氧化钾加入到400mL无水二甲基亚砜中，搅拌溶解7天，得到凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液；
2)将100mg乙酸镍溶解在10mL二甲基亚砜中，并将其滴加到30mL步骤1)得到凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液中，在室温下搅拌1h，再将30mL去离子水缓慢滴加到剧烈搅拌的混合溶液中，反应1天，通过简单的溶剂共混和原位还原得到氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合的分散液；
3)将40mL步骤2)得到的氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合的分散液通过降压抽滤，并用900mL去离子水去清洗，目的是洗去其中的氢氧化钾杂质，得到氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合膜；
4)将复合薄膜重新溶解到20mL二甲基亚砜中，搅拌1-2天得到涂敷的分散液；
5)将纯硫纳米颗粒配成含有导电剂、粘接剂以及有机溶剂的浆料。导电剂为乙炔黑，粘接剂为聚偏氟乙烯(PVDF)，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，其中，纯硫纳米颗粒、导电剂和粘接剂的质量比为7：2：1，然后将浆料涂布在铝箔集流体上，作为锂硫电池正极极片，面载量为2mg/cm2。
6)取步骤4)得到的分散液，滴加到步骤5)得到的极片上，用刮刀进行涂布，涂布的厚度为1000μm，随后在80℃的烘箱中干燥8h，再在手套箱中组装成电池，得到具有功能中间层的锂硫电池，组装好的电池在蓝电测试系统及电化学工作站进行电化学测试以及将样品进行其他方面的物理表征等。
实施例4：
一种具有功能中间层的硫正极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液的制备：将凯夫拉纤维、氢氧化钾加入至无水二甲基亚砜中，充分分散后，得到凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液。其中，凯夫拉纤维与氢氧化钾的质量比为1:1.5，每1g凯夫拉纤维加入至1000mL无水二甲基亚砜中；分散为搅拌分散，搅拌分散的温度为20℃，搅拌时间为10天。
2)氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液的制备：将镍盐溶解在二甲基亚砜中，得到镍盐溶液，之后将镍盐溶液滴加至凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液中，充分分散后，得到混合溶液，之后将水滴加至搅拌状态下的混合溶液中，反应1天后，得到氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液。其中，镍盐为乙酸镍，镍盐溶液中，镍盐的浓度为5mg/mL；镍盐溶液与凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液的体积比为1:1；搅拌分散和超声分散，搅拌分散的温度为50℃，搅拌时间为1h。
3)纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液的制备：将氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液进行固液分离后，对固体进行清洗，之后将固体再次加入至二甲基亚砜中，充分分散后，得到纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液。其中，固液分离为减压抽滤分离；分散为搅拌分散，搅拌时间为2天。
4)硫正极极片的涂敷；将纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液涂布在硫正极极片上，干燥后即得到具有功能中间层的硫正极材料。其中，干燥过程中，干燥温度为60℃，干燥时间为8h。
该硫正极材料用于锂硫电池中。
实施例5：
一种具有功能中间层的硫正极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液的制备：将凯夫拉纤维、氢氧化钾加入至无水二甲基亚砜中，充分分散后，得到凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液。其中，凯夫拉纤维与氢氧化钾的质量比为1:4，每1g凯夫拉纤维加入至100mL无水二甲基亚砜中；分散为搅拌分散，搅拌分散的温度为50℃，搅拌时间为7天。
2)氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液的制备：将镍盐溶解在二甲基亚砜中，得到镍盐溶液，之后将镍盐溶液滴加至凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液中，充分分散后，得到混合溶液，之后将水滴加至搅拌状态下的混合溶液中，反应2天后，得到氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液。其中，镍盐为乙酸镍，镍盐溶液中，镍盐的浓度为1mg/mL；镍盐溶液与凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液的体积比为3:1；搅拌分散，搅拌分散的温度为20℃，搅拌时间为4h。
3)纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液的制备：将氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液进行固液分离后，对固体进行清洗，之后将固体再次加入至二甲基亚砜中，充分分散后，得到纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液。其中，固液分离为离心分离；分散为搅拌分散，搅拌时间为1天。
4)硫正极极片的涂敷；将纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液涂布在硫正极极片上，干燥后即得到具有功能中间层的硫正极材料。其中，干燥过程中，干燥温度为80℃，干燥时间为2h。
该硫正极材料用于锂硫电池中。
实施例6：
一种具有功能中间层的硫正极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液的制备：将凯夫拉纤维、氢氧化钾加入至无水二甲基亚砜中，充分分散后，得到凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液。其中，凯夫拉纤维与氢氧化钾的质量比为1:3，每1g凯夫拉纤维加入至500mL无水二甲基亚砜中；分散为搅拌分散，搅拌分散的温度为30℃，搅拌时间为8天。
2)氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液的制备：将镍盐溶解在二甲基亚砜中，得到镍盐溶液，之后将镍盐溶液滴加至凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液中，充分分散后，得到混合溶液，之后将水滴加至搅拌状态下的混合溶液中，反应1.5天后，得到氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液。其中，镍盐为乙酸镍，镍盐溶液中，镍盐的浓度为3mg/mL；镍盐溶液与凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液的体积比为2:1；搅拌分散，搅拌分散的温度为40℃，搅拌时间为2h。
3)纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液的制备：将氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液进行固液分离后，对固体进行清洗，之后将固体再次加入至二甲基亚砜中，充分分散后，得到纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液。其中，固液分离为减压抽滤分离；分散为搅拌分散，搅拌时间为1.5天。
4)硫正极极片的涂敷；将纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液涂布在硫正极极片上，干燥后即得到具有功能中间层的硫正极材料。其中，干燥过程中，干燥温度为70℃，干燥时间为5h。
该硫正极材料用于锂硫电池中。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有功能中间层的硫正极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液的制备：将凯夫拉纤维、氢氧化钾加入至无水二甲基亚砜中，充分分散后，得到凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液；
2)氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液的制备：将镍盐溶解在二甲基亚砜中，得到镍盐溶液，之后将镍盐溶液滴加至凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液中，充分分散后，得到混合溶液，之后将水滴加至搅拌状态下的混合溶液中，反应1-2天后，得到氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液；
3)纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液的制备：将氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液进行固液分离后，对固体进行清洗，之后将固体再次加入至二甲基亚砜中，充分分散后，得到纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液；
4)硫正极极片的涂敷；将纯氢氧化镍与凯夫拉纤维-镍离子纤维复合分散液涂布在硫正极极片上，干燥后即得到具有功能中间层的硫正极材料。
2.根据权利要求1所述的一种具有功能中间层的硫正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的凯夫拉纤维与氢氧化钾的质量比为1:(1.5-4)，每1g凯夫拉纤维加入至(100-1000)mL无水二甲基亚砜中。
3.根据权利要求1所述的一种具有功能中间层的硫正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的分散为搅拌分散，所述的搅拌分散的温度为20-50℃，搅拌时间为7-10天。
4.根据权利要求1所述的一种具有功能中间层的硫正极材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的镍盐为乙酸镍，所述的镍盐溶液中，镍盐的浓度为(1-5)mg/mL；所述的镍盐溶液与凯夫拉纳米纤维/二甲基亚砜分散液的体积比为(1-3):1。
5.根据权利要求1所述的一种具有功能中间层的硫正极材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的分散为搅拌分散和/或超声分散，所述的搅拌分散的温度为20-50℃，搅拌时间为1-4h。
6.根据权利要求1所述的一种具有功能中间层的硫正极材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述的固液分离为减压抽滤分离或离心分离。
7.根据权利要求1所述的一种具有功能中间层的硫正极材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述的分散为搅拌分散，搅拌时间为1-2天。
8.根据权利要求1所述的一种具有功能中间层的硫正极材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中，干燥过程中，干燥温度为60-80℃，干燥时间为2-8h。
9.一种具有功能中间层的硫正极材料，其特征在于，该硫正极材料采用如权利要求1至8任一项所述的方法制备而成。
10.一种如权利要求9所述的具有功能中间层的硫正极材料的应用，其特征在于，所述的硫正极材料用于锂硫电池中。
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| CN116093329B (zh) * | 2023-03-06 | 2023-06-23 | 宜宾锂宝新材料有限公司 | 一种三元正极材料及其制备方法与电池 |
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