專利名稱：一種鋰硫電池正極復合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池正極材料制備方法，尤其涉及一種鋰硫電池正極復合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著煤炭、石油等主要天然資源的逐漸耗竭，能源危機已經(jīng)成為人類未來必須解決的重大課題之一。目前綠色無污染的新型高能化學電源已成為世界各國競相開發(fā)的熱點。鋰離子電池是20世紀90年代開始實用化的新型高能二次電池，具有電壓高、能量
密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無記憶效應(yīng)等突出優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在筆記本電腦、手機和其他便攜式電器中?，F(xiàn)有鋰離子電池的正極材料通常由磷酸鐵鋰、錳酸鋰或三元材料、鎳錳酸鋰構(gòu)成。這幾種材料都存在比能量的不足，不能滿足日益發(fā)展的汽車等動力電池的要求。經(jīng)科學家們近20年的研究，硫和鋰被認為是最為理想的一種電池材料，這兩種化學物質(zhì)的結(jié)合不但能提供高密度的能量，在穩(wěn)定性、安全性和壽命上也更為出色，而且與能用在鋰電池中的其他材料相比，硫的成本相對較低，鋰硫電池將成為安全、長壽以及低碳排放的能源。但是由于硫材料本身的絕緣性以及與鋰反應(yīng)中間產(chǎn)物在電解液中的高溶解性使鋰硫電池的硫正極材料在充放電過程中衰減嚴重，且具有較高的自放電率，影響了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，迫切需要提供一種抑制衰減及自放電率，具有高導電率的鋰硫電池的正極材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋰硫電池正極復合材料的制備方法，使用該方法制備的鋰硫電池正極復合材料的鋰硫電池具有穩(wěn)定性好、容量高、使用壽命長等特點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種鋰硫電池正極復合材料的制備方法包括如下步驟
步驟I，制備納米碳纖維管
按照重量比I : 0.1-0.2 1-10 O. 5-1稱取葡萄糖、濃硝酸、水和模板劑二氧化硅，混合后均勻攪拌3-6小時，然后將混合物放入烘箱中，烘箱升溫速率為每小時升溫30°C，溫度升至100-150°C，保持4-8小時，溶劑蒸發(fā)后，將混合物放入有惰性氣體保護的高溫反應(yīng)釜中焙燒，將焙燒后的混合物放入氫氟酸中攪拌3-10小時，使二氧化硅模板溶解，然后過濾、洗滌、干燥，得到納米碳纖維管；
步驟2，混料
將步驟I的碳納米纖維管與升華硫混合料按重量比2I混合放入納米高溫高壓蒸氣混合機中，然后依次將占碳納米管重量10-20%的納米鐵粉、15-25%的納米鋰鹽、10-15%的納米釩鹽放入納米高溫高壓蒸氣混合機中，蒸氣溫度范圍為200-400°C，以高溫蒸氣為載體使納米物料與硫納米碳纖維管混合，同時在納米高溫高壓蒸氣混合機內(nèi)進行攪拌，攪拌速度為60-300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時間為2-4小時，得到混合料；
步驟3，烘干及燒結(jié)處理
將混合料料在90-100°C，流動氬氣氣體保護下烘干10-20小時，將烘干后的混合料置于O. 2-0. 4個大氣壓條件下，在800-1000°C下進行燒結(jié)處理，獲得熔融硫包覆的碳納米纖維管復合材料，冷卻；
步驟4,粉碎及研磨
將冷卻后的硫包覆的碳納米纖維管復合材料按重量比2-3 I加入體積濃度>70%酒精介質(zhì)中，經(jīng)過高速研磨機研磨；
步驟5，摻雜稀土材料 將硫包覆的碳納米纖維管復合材料按6-8 I摻入稀土材料氧化釓進行氣流粉碎、分級，獲得顆粒尺寸小于2 μ m的鋰硫電池正極復合材料。其中，步驟4中掩膜后的的硫包覆的碳納米纖維管復合材料的顆粒度優(yōu)選為1-5 μ m0其中，步驟3中燒結(jié)時間優(yōu)選為6-10小時。本發(fā)明還提供了一種如上述任意方法制備的鋰硫電池正極復合材料。本發(fā)明由于采用了特定方法制備的碳納米管并摻雜了稀土材料氧化釓，使得制備的鋰硫電池用正極復合材料，具有良好的導電率、良好的自放電抑制性以及高質(zhì)量比容量，用于鋰硫電池時，容量高，循環(huán)穩(wěn)定性好，使用壽命長。
具體實施例方式實施例一
制備納米碳纖維管
按照重量比I : O. I : I : O. 5稱取葡萄糖、濃硝酸、水和模板劑二氧化硅，混合后均勻攪拌3小時，然后將混合物放入烘箱中，烘箱升溫速率為每小時升溫30°C，溫度升至100°C，保持4-8小時，溶劑蒸發(fā)后，將混合物放入有惰性氣體保護的高溫反應(yīng)釜中焙燒，將焙燒后的混合物放入氫氟酸中攪拌3時，使二氧化硅模板溶解，然后過濾、洗滌、干燥，得到納米碳纖維管?；炝?br>
將碳納米纖維管與升華硫混合料按重量比2I混合放入納米高溫高壓蒸氣混合機中，然后依次將占碳納米管重量10%的納米鐵粉、15%的納米鋰鹽、10%的納米釩鹽放入納米高溫高壓蒸氣混合機中，蒸氣溫度范圍為200°C，以高溫蒸氣為載體使納米物料與硫納米碳纖維管混合，同時在納米高溫高壓蒸氣混合機內(nèi)進行攪拌，攪拌速度為60轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時間為2小時，得到混合料。烘干及燒結(jié)處理
將混合料料在90°C，流動氬氣氣體保護下烘干10小時，將烘干后的混合料置于O. 2個大氣壓條件下，在800°C下進行6小時的燒結(jié)處理，獲得熔融硫包覆的碳納米纖維管復合材料，冷卻。粉碎及研磨將冷卻后的硫包覆的碳納米纖維管復合材料按重量比2 I加入體積濃度>70%酒精介質(zhì)中，經(jīng)過高速研磨機研磨，使硫包覆的碳納米纖維管復合材料的顆粒度為I μ m。摻雜稀土材料
將硫包覆的碳納米纖維管復合材料按6 I摻入稀土材料氧化釓進行氣流粉碎、分級，獲得顆粒尺寸小于2 μ m的鋰硫電池正極復合材料。實施例二 制備納米碳纖維管
按照重量比I : O. 2 : 10 I稱取葡萄糖、濃硝酸、水和模板劑二氧化硅，混合后均勻攪拌6小時，然后將混合物放入烘箱中，烘箱升溫速率為每小時升溫30°C，溫度升至150°C，保持4-8小時，溶劑蒸發(fā)后，將混合物放入有惰性氣體保護的高溫反應(yīng)釜中焙燒，將焙燒后的混合物放入氫氟酸中攪拌10小時，使二氧化硅模板溶解，然后過濾、洗滌、干燥，得到納米碳纖維管。 混料
將碳納米纖維管與升華硫混合料按重量比2I混合放入納米高溫高壓蒸氣混合機中，然后依次將占碳納米管重量20%的納米鐵粉、25%的納米鋰鹽、15%的納米釩鹽放入納米高溫高壓蒸氣混合機中，蒸氣溫度范圍為400°C，以高溫蒸氣為載體使納米物料與硫納米碳纖維管混合，同時在納米高溫高壓蒸氣混合機內(nèi)進行攪拌，攪拌速度為300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時間為4小時，得到混合料。烘干及燒結(jié)處理
將混合料料在100°c，流動氬氣氣體保護下烘干20小時，將烘干后的混合料置于00. 4個大氣壓條件下，在1000°C下進行6-10小時的燒結(jié)處理，獲得熔融硫包覆的碳納米纖維管復合材料，冷卻。粉碎及研磨
將冷卻后的硫包覆的碳納米纖維管復合材料按重量比3 I加入體積濃度>70%酒精介質(zhì)中，經(jīng)過高速研磨機研磨，使硫包覆的碳納米纖維管復合材料的顆粒度為5 μ m。摻雜稀土材料
將硫包覆的碳納米纖維管復合材料按8 I摻入稀土材料氧化釓進行氣流粉碎、分級，獲得顆粒尺寸小于2 μ m的鋰硫電池正極復合材料。比較例
使用普通多壁碳納米管，按重量比為I : 5稱取碳納米管和升華硫，將碳納米管與升華硫混合料按重量比2 I加入濃度彡65%酒精，進行至少10小時的球磨混料，烘干燒結(jié)后，摻雜10wt%的稀土材料氧化釔得到硫包覆的碳納米纖維管復合材料。將實施例一、二及比較例的樣品制作成規(guī)格相同的正極裝入模擬電池中作充放電測試。測試條件為電解液為1.5mol/L LiPF6的EC (乙基碳酸酯)+DMC (二甲基碳酸酯)(體積比I : I)溶液，并在恒流O. 2C的條件下進行循環(huán)性能測試。該實施例一和二的的材料與比較例的材料相比，首次放電容量提升了 40-50%以上，循環(huán)壽命提高了 I. 5倍以上。
權(quán)利要求
1.一種鋰硫電池正極復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟I，制備納米碳纖維管 按照重量比I : 0.1-0.2 1-10 O. 5-1稱取葡萄糖、濃硝酸、水和模板劑二氧化硅，混合后均勻攪拌3-6小時，然后將混合物放入烘箱中，烘箱升溫速率為每小時升溫30°C，溫度升至100-150°C，保持4-8小時，溶劑蒸發(fā)后，將混合物放入有惰性氣體保護的高溫反應(yīng)釜中焙燒，將焙燒后的混合物放入氫氟酸中攪拌3-10小時，使二氧化硅模板溶解，然后過濾、洗滌、干燥，得到納米碳纖維管； 步驟2，混料 將步驟I的碳納米纖維管與升華硫混合料按重量比2I混合放入納米高溫高壓蒸氣混合機中，然后依次將占碳納米管重量10-20%的納米鐵粉、15-25%的納米鋰鹽、10-15%的納米釩鹽放入納米高溫高壓蒸氣混合機中，蒸氣溫度范圍為200-400°C，以高溫蒸氣為載體使納米物料與硫納米碳纖維管混合，同時在納米高溫高壓蒸氣混合機內(nèi)進行攪拌，攪拌速度為60-300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時間為2-4小時，得到混合料； 步驟3，烘干及燒結(jié)處理 將混合料料在90-100°C，流動氬氣氣體保護下烘干10-20小時，將烘干后的混合料置于O. 2-0. 4個大氣壓條件下，在800-1000°C下進行燒結(jié)處理，獲得熔融硫包覆的碳納米纖維管復合材料，冷卻； 步驟4,粉碎及研磨 將冷卻后的硫包覆的碳納米纖維管復合材料按重量比2-3 I加入體積濃度>70%酒精介質(zhì)中，經(jīng)過高速研磨機研磨； 步驟5，摻雜稀土材料 將硫包覆的碳納米纖維管復合材料按6-8 I摻入稀土材料氧化釓進行氣流粉碎、分級，獲得顆粒尺寸小于2 μ m的鋰硫電池正極復合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟4中掩膜后的的硫包覆的碳納米纖維管復合材料的顆粒度為1-5 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟3中燒結(jié)時間為6-10小時。
4.一種如權(quán)利要求I所述方法制備的鋰硫電池正極復合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰硫電池正極復合材料的制備方法按照重量比稱取葡萄糖、濃硝酸、水和模板劑二氧化硅，混合，烘干后焙燒，將焙燒后的混合物放入氫氟酸中攪拌，過濾、洗滌、干燥，得到納米碳纖維管；將碳納米纖維管與升華硫、納米鐵粉、納米鋰鹽、納米釩鹽放入納米高溫高壓蒸氣混合機中混合，得到混合料；烘干及燒結(jié)處理；粉碎及研磨；摻雜稀土材料氧化釓，氣流粉碎、分級，獲得鋰硫電池正極復合材料。本發(fā)明采用了特定方法制備的碳納米管并摻雜了稀土材料氧化釓，使得制備的鋰硫電池用正極復合材料，具有良好的導電率、良好的自放電抑制性以及高質(zhì)量比容量，用于鋰硫電池時，容量高，循環(huán)穩(wěn)定性好，使用壽命長。
文檔編號B82Y30/00GK102891292SQ201210357538
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者姜波 申請人:上海錦眾信息科技有限公司