一种氧化铝空心球锂硫电池正极材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利设及纳米材料合成，特别设及一种裡硫电池正极材料的制备方法。
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【背景技术】
[0003] 裡硫电池是W金属裡为负极，单质硫为正极的电池体系。裡硫电池的具有两个放 电平台（约为2.4 V和2.1 V)，但其电化学反应机理比较复杂。裡硫电池具有比能量高 (2600 Wh/kg)、比容量高（1675 mAh/g)、成本低等优点，被认为是很有发展前景的新一代电 池。但是目前其存在着活性物质利用率低、循环寿命低和安全性差等问题，运严重制约着裡 硫电池的发展。造成上述问题的主要原因有W下几个方面：（0单质硫是电子和离子绝缘 体，室溫电导率低巧XICT^S . cnfi)，由于没有离子态的硫存在，因而作为正极材料活化困 难;（2)在电极反应过程中产生的高聚态多硫化裡Li2Sn(8>n> 4)易溶于电解液中，在正负 极之间形成浓度差，在浓度梯度的作用下迁移到负极，高聚态多硫化裡被金属裡还原成低 聚态多硫化裡。随着W上反应的进行，低聚态多硫化裡在负极聚集，最终在两电极之间形成 浓度差，又迁移到正极被氧化成高聚态多硫化裡。运种现象被称为飞梭效应，降低了硫活性 物质的利用率。同时不溶性的LisS和Li2S2沉积在裡负极表面，更进一步恶化了裡硫电池的 性能；（3)反应最终产物LisS同样是电子绝缘体，会沉积在硫电极上，而裡离子在固态硫化 裡中迁移速度慢，使电化学反应动力学速度变慢；（4)硫和最终产物LisS的密度不同，当硫 被裡化后体积膨胀大约79%，易导致LisS的粉化，引起裡硫电池的安全问题。上述不足制约 着裡硫电池的发展，运也是目前裡硫电池研究需要解决的重点问题。
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【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种石墨締/氧化侣空屯、球/硫复合材料，制备方 法简单，导电性良好的石墨締提供导电网络，空屯、结构的氧化侣包覆着硫基材料，能够阻止 放电产物多硫化物的溶解并缓解体积膨胀，提高材料的电化学性能。
[0006] 本发明提供一种石墨締/氧化侣空屯、球/硫复合材料的制备工艺流程如下： (1)将侣粉分散在十八水娃酸侣水溶液中，揽拌，然后逐渐加入尿素继续揽拌，直到沉 淀不再增加，反应完全后，过滤沉淀物，水洗，60°C烘干，得到Al-Al (OH) 3材料。
[0007] (2)将得到的A1-A1(0H)3材料放入马弗炉内进行高溫般烧，反应完全后得到空屯、 氧化侣。
[0008] (3)将得到的空屯、氧化侣、硫单质、石墨締加入到二硫化碳中，超声分散，形成悬浮 液，然后蒸干溶剂，得到复合材料。
[0009] 步骤(1)中侣粉的粒径为1-100皿，十八水娃酸侣水溶液的浓度为0.2-0.4mol/L; 步骤(2)中高溫般烧的溫度为900-1100°C，反应时间为1-3小时； 步骤(3)空屯、氧化侣、硫单质、石墨締的质量比为15-30:60-80: 5-10;超声分散时间为 0.5-5小时;蒸干溶剂的溫度为40-60°C ; 本发明具有如下有益效果：（〇石墨締具有超高的电导率，通过该方法制备出的石墨 締/氧化侣空屯、球/硫复合材料能够有效的提高裡硫电池正极材料的电子导电率和离子导 电率;（2)石墨締/氧化侣空屯、球/硫复合材料中氧化侣空屯、球的包覆着硫基材料，能抑制放 电产物多硫化物的溶解W及缓解体积膨胀，提高其电化学性能。
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【附图说明】
[00川图1是本发明制备的石墨締/氧化侣空屯、球/硫复合材料的沈M图。
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【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明： 实施例1 (1)将0.5g粒径为Ium侣粉分散在0.2mol/L的50mol十八水娃酸侣水溶液中，揽拌，然后 逐渐加入尿素继续揽拌，直到沉淀不再增加，反应完全后，过滤沉淀物，水洗，60°C烘干，得 到 A1-A1(0H)3 材料。
[0014] (2)将得到的ai-ai(oh)3材料放入马弗炉内Iiocrc下进行高溫般烧，1小时，得到 至屯、氧化侣。
[001引（3)将15mg空屯、氧化侣、SOmg硫单质、5mg石墨締加入到二硫化碳中，超声分散0.5 小时，形成悬浮液，然后40°C蒸干溶剂，得到复合材料。
[0016] 实施例2 (1)将0.5g粒径为IOOum侣粉分散在0.4mol/L的50mol十八水娃酸侣水溶液中，揽拌，然 后逐渐加入尿素继续揽拌，直到沉淀不再增加，反应完全后，过滤沉淀物，水洗，60°C烘干， 得到A1-A1(0H)3材料。
[0017] (2)将得到的A1-A1(0H)3材料放入马弗炉内900°C下进行高溫般烧，3小时，得到空 屯、氧化侣。
[001引（3)将30mg空屯、氧化侣、60mg硫单质、IOmg石墨締加入到二硫化碳中，超声分散5小 时，形成悬浮液，然后60°C蒸干溶剂，得到复合材料。
[0019] 实施例3 (1)将0.5旨粒径为5011111侣粉分散在0.化111〇1/1的50111〇1十八水娃酸侣水溶液中，揽拌，然 后逐渐加入尿素继续揽拌，直到沉淀不再增加，反应完全后，过滤沉淀物，水洗，60°C烘干， 得到A1-A1(0H)3材料。
[0020] (2)将得到的A1-A1(0H)3材料放入马弗炉内1000°C下进行高溫般烧，2小时，得到 至屯、氧化侣。
[0021 ] (3)将23mg空屯、氧化侣、70mg硫单质、7mg石墨締加入到二硫化碳中，超声分散1小 时，形成悬浮液，然后50°C蒸干溶剂，得到复合材料。
[0022] 实施例4 (1)将0.5旨粒径为10皿侣粉分散在0.3111〇1/1的50111〇1十八水娃酸侣水溶液中，揽拌，然 后逐渐加入尿素继续揽拌，直到沉淀不再增加，反应完全后，过滤沉淀物，水洗，60°C烘干， 得到A1-A1(0H)3材料。
[0023] (2)将得到的Al-Al(0H)3材料放入马弗炉内9500°C下进行高溫般烧，2.5小时，得 到空屯、氧化侣。
[0024] (3)将20mg空屯、氧化侣、75mg硫单质、5mg石墨締加入到二硫化碳中，超声分散2小 时，形成悬浮液，然后45 °C蒸干溶剂，得到复合材料。
[0025] 实施例5 (1)将0.5g粒径为20um侣粉分散在0.35mol/L的50mol十八水娃酸侣水溶液中，揽拌，然 后逐渐加入尿素继续揽拌，直到沉淀不再增加，反应完全后，过滤沉淀物，水洗，60°C烘干， 得到A1-A1(0H)3材料。
[00%] (2)将得到的A1-A1(0H)3材料放入马弗炉内1050°C下进行高溫般烧，1.5小时，得 到空屯、氧化侣。
[0027] (3)将27mg空屯、氧化侣、65mg硫单质、Smg石墨締加入到二硫化碳中，超声分散3小 时，形成悬浮液，然后55 °C蒸干溶剂，得到复合材料。
[002引 电极的制备及性能测试;将电极材料、乙烘黑和PVDF按质量比80:10:10在NMP中混合， 涂覆在侣锥上为电极膜，金属裡片为对电极，CELGA畑2400为隔膜，lmol/L的LiTFSI/D化-DME(体积比1:1)为电解液，Imol/L的LiNOS为添加剂，在充满Ar手套箱内组装成扣式电池， 采用Land电池测试系统进行恒流充放电测试。充放电电压范围为1-3V，电流密度为1C，性能 如表1所示。
[0029] 表1
图1为本发明制备出正极材料的SEM图，从图中可W看出氧化侣包覆的硫化裡颗粒均匀 的分布在石墨締表面上，有利于提高材料的电化学性能。
[0030] W上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于运些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护化围。
【主权项】
1. 一种氧化铝空心球锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤： 步骤（1)将铝粉分散在十八水硅酸铝水溶液中，搅拌，然后逐渐加入尿素继续搅拌，直 到沉淀不再增加，反应完全后，过滤沉淀物，水洗，烘干，得到A1-A1(0H)3材料； 步骤(2)将得到的ΑΙ-ΑΚΟ!!、材料放入马弗炉内进行高温煅烧，反应完全后得到空心氧 化铝； 步骤(3)将得到的空心氧化铝、硫单质和石墨烯加入到二硫化碳中，超声分散，形成悬 浮液，然后蒸干溶剂，得到复合材料。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1)中铝粉的粒径为l-100um，十八 水娃酸铝水溶液的浓度为0.2-0.4mol/L。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中高温煅烧的温度为900-1100 °C，反应时间为1-3小时。4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)空心氧化错、硫单质、石墨稀的 质量比为15-30:60-80: 5-10;超声分散时间为0.5-5小时;蒸干溶剂的温度为40-60 °C。
【专利摘要】发明提供一种氧化铝空心球锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下几个步骤：步骤（1）将铝粉分散在十八水硅酸铝水溶液中，搅拌，然后逐渐加入尿素继续搅拌，直到沉淀不再增加，反应完全后，过滤沉淀物，水洗，烘干，得到Al-Al(OH)3材料；步骤（2）将得到的Al-Al(OH)3材料放入马弗炉内进行高温煅烧，反应完全后得到空心氧化铝；步骤（3）将得到的空心氧化铝、硫单质、石墨烯加入到二硫化碳中，超声分散，形成悬浮液，然后蒸干溶剂，得到复合材料。石墨烯/氧化铝空心球/硫复合材料中氧化铝空心球的包覆着硫基材料，能抑制放电产物多硫化物的溶解以及缓解体积膨胀，提高其电化学性能。
【IPC分类】H01M4/36, H01M10/052, H01M4/62
【公开号】CN105633377
【申请号】CN201610098963
【发明人】钟玲珑, 肖丽芳
【申请人】钟玲珑
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年2月21日