本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種鋰電池改性正極材料的制備，包括有如下步驟：按升華硫：導(dǎo)電劑的質(zhì)量比=6：3混合，加入無(wú)水乙醇，球磨6h，在50~80℃于真空干燥箱中干燥12h，所得的混合物與中空鎳?yán)w維管按質(zhì)量比為5~9：1混合，并加入粘結(jié)劑一起分散于分散劑中，攪拌，然后得到漿料，涂覆在經(jīng)過丙酮超聲清洗的金屬鋁箔上，于真空干燥箱中60℃干燥12h，得鋰硫電池正極材料。本發(fā)明專利技術(shù)的有益效果在于：提高電池的循環(huán)性等電化學(xué)性能，改善電池的性能以及循環(huán)壽命。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于電化學(xué)電池領(lǐng)域，特別涉及一種鋰電池改性正極材料的制備。
技術(shù)介紹
單質(zhì)硫作為正極材料具有高的比容量，低價(jià)、低毒等優(yōu)點(diǎn)。單質(zhì)硫的理論比容量為1675mAh/g,理論比能量為2600Wh/kg，是目前所了解的正極材料(LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4理論比容量分別為275mAh/g, 274mAh/g, 148mAh/g)中比容量最高的,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)階段已商業(yè)化的鋰二次電池，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的正極材料。但是，硫的電化學(xué)活性和循環(huán)穩(wěn)定性差，限制了其商業(yè)化的實(shí)際應(yīng)用。硫是電子和離子絕緣體(25°C時(shí)的電導(dǎo)率為SXlOiScnT1)，導(dǎo)致其電化學(xué)活性低。且電池在充放電過 程中產(chǎn)生的多硫化物易溶于電解質(zhì)，從而導(dǎo)致正極活性物質(zhì)大量不可逆損失，降低電池的容量。同時(shí)，可溶性多硫化物的“穿梭效應(yīng)”以及不溶性鋰硫化物在電極表面的附著，阻止電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致電池的循環(huán)穩(wěn)定性衰減。為了解決上述問題，研究人員進(jìn)行了大量的嘗試實(shí)驗(yàn)。Nazar等人(J. NatureMaterial, 2009,8:500-506)將硫填充至具有規(guī)則納米中孔結(jié)構(gòu)的CMK-3中，單質(zhì)硫與導(dǎo)電炭壁良好的納米接觸，增強(qiáng)了單質(zhì)硫的導(dǎo)電性，從而改善電池的循環(huán)性等電化學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上，Yi等人(J.ACS，2011,5(11) :9187-9193)運(yùn)用導(dǎo)電聚合物對(duì)CMK-3進(jìn)行包覆，制備聚合物包覆CMK-3/S復(fù)合材料電極，利用導(dǎo)電聚合物的良好的導(dǎo)電性以及對(duì)多硫化合物的吸附來(lái)改善電池的比容量和循環(huán)性等性能。以上方法雖然能夠在一定程度上改善鋰硫電池的電化學(xué)性能，但是，其放電比容量以及循環(huán)性等電化學(xué)性離商業(yè)化還有一段距離，尚需改善。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)而提供一種鋰硫電池改性正極的工藝，利用中空鎳?yán)w維管優(yōu)良的導(dǎo)電性以及其對(duì)硫的固定與多硫化物的良好吸附性，來(lái)減少活性物質(zhì)的不可逆損失，提高其利用率，從而改善鋰硫電池正極材料的循環(huán)性能，解決鋰硫電池循環(huán)穩(wěn)定性差的問題。本專利技術(shù)為解決上述提出的問題所采用的解決方案為一種鋰硫電池改性正極的工藝，其包括有如下步驟按升華硫?qū)щ妱┑馁|(zhì)量比=6 3混合，加入無(wú)水乙醇，球磨6h，在5(T80°C于真空干燥箱中干燥12h，所得的混合物與中空鎳?yán)w維管按質(zhì)量比為5、1混合，并加入粘結(jié)劑一起分散于分散劑中，攪拌，然后得到漿料，涂覆在經(jīng)過丙酮超聲清洗的金屬鋁箔上，于真空干燥箱中60°C干燥12h，得鋰硫電池正極材料。按上述方案，中空鎳?yán)w維管的制備方法是 a)纖維布基體的預(yù)處理將纖維布基體置于丙酮中超聲處理5min，再用按體積比為I :4的H2O2和H2SO4的混合溶液對(duì)纖維布基體進(jìn)行粗化2min，然后用去離子水清洗，得到預(yù)處理的纖維布基體；b)無(wú)鈀活化將上述預(yù)處理的纖維布基體浸入濃度為4(T60g/L的NiSO4和質(zhì)量百分比濃度6 8%HC1混合溶液中，IOmin后取出，稍微濾干，然后再將其放入質(zhì)量百分比濃度為3%Na0H和濃度為20g/LKBH4混合溶液中進(jìn)行活化，20s后取出，稍加濾干，得到活化的纖維布基體； c)化學(xué)鍍鎳將經(jīng)過活化的纖維布基體放入化學(xué)鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍，溫度為88°C，時(shí)間15min，得到Ni/纖維布復(fù)合纖維； d)復(fù)合纖維的熱處理將Ni/纖維布復(fù)合纖維置于管式爐中熱處理，其熱處理溫度為先450°C處理2h，然后650°C處理3h，得中空氧化鎳管； e)微波等離子體H還原將步驟d)得到的中空氧化鎳管置于微波等離子體中H還原，微波功率為40(T500W，還原時(shí)間15 20min后，獲得中空鎳?yán)w維管。按上述方案，所述的導(dǎo)電劑為無(wú)定形碳或晶態(tài)碳。 按上述方案，所述的粘結(jié)劑為水性粘結(jié)劑LA132或PEO或β -環(huán)糊精。按上述方案，所述的分散劑為乙醇或DMF或水。本專利技術(shù)的有益效果在于本專利技術(shù)所述的中空鎳?yán)w維管優(yōu)良的導(dǎo)電性(20°C時(shí)電導(dǎo)率為I. 54X 107S)，用作正極材料能夠提供良好的導(dǎo)電骨架，能夠增強(qiáng)含硫正極的導(dǎo)電性；中空鎳?yán)w維其大的比表面積能抑制絕緣產(chǎn)物L(fēng)i2S和Li2S2在電極表面的積聚，有利于電極導(dǎo)電性的改善；同時(shí)中空鎳?yán)w維管形成的“微容器”能夠固定硫并吸附抑制充放電過程中產(chǎn)生的多硫化物溶解于電解液中，減弱其隨電解液的擴(kuò)散，減弱“穿梭效應(yīng)”，減少活性物質(zhì)的不可逆損失，提高硫的利用率，從而提高電池的循環(huán)性等電化學(xué)性能，改善電池的性能以及循環(huán)壽命。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本專利技術(shù)的限定。實(shí)施例I : 按升華硫無(wú)定形碳乙炔黑的質(zhì)量比=6 :3混合，加入無(wú)水乙醇，球磨6h，在60°C于真空干燥箱中干燥12h，備用。將上述所得到的混合物與中空鎳?yán)w維管按質(zhì)量比為5 1分散在LA32水性粘合劑和無(wú)水乙醇的混合溶液中，攪拌，制得漿料并涂覆在經(jīng)過丙酮超聲清洗的金屬鋁箔上，于真空干燥箱中60°C干燥12h，得鋰硫電池正極材料。所述的中空鎳?yán)w維管的制備方法是 a)纖維布基體的預(yù)處理將纖維布基體置于丙酮中超聲處理5min，再用按體積比為I:4的H2O2和H2SO4的混合溶液對(duì)纖維布基體進(jìn)行粗化2min，然后用去離子水清洗，得到預(yù)處理的纖維布基體； b)無(wú)鈀活化將上述經(jīng)過預(yù)處理的纖維布基體浸入濃度為40g/L的NiSO4和質(zhì)量百分比濃度為6%HC1混合溶液中，IOmin后取出，稍微濾干，然后再將其放入質(zhì)量百分比濃度為3%Na0H和濃度為20g/LKBH4混合溶液中進(jìn)行活化，20s后取出，稍加濾干，得到活化后的纖維布基體； c)化學(xué)鍍鎳將經(jīng)過活化的纖維布基體放入化學(xué)鍍液(采用常規(guī)的化學(xué)鍍液，主要成分為濃度24g/LNiS04，30g/LNaH2P02，20g/LNa3C6H507及部分添加劑、絡(luò)合物)中進(jìn)行化學(xué)鍍，溫度為88°C，時(shí)間15min，得到Ni/纖維布復(fù)合纖維；d)復(fù)合纖維的熱處理將Ni/纖維布復(fù)合纖維置于管式爐中熱處理，其熱處理溫度為先450°C處理2h，然后650°C處理3h，得中空氧化鎳管； e)微波等離子體H還原將步驟d)得到的中空氧化鎳管置于微波等離子體中H還原，微波功率為400W，還原時(shí)間20min后，獲得中空鎳?yán)w維管。以上述制備的電極為正極，以金屬鋰片為負(fù)極，電解液采用lmol/L的LiClO4/(D0L+DME) (1，3-二氧戊環(huán)+乙二醇二甲醚，兩者體積比為I :1)，隔膜為Celgard2320型聚丙烯膜，在氬氣氣氛手套箱中組裝成CR2025型紐扣電池，為了表征制備出的鋰硫電池正極的電化學(xué)性能，將組裝好的電池在藍(lán)電電池測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行充放電測(cè)試，充放電區(qū)間為I.5-3. 0V，充放電電流密度為O. 2mA/cm2。首次放電比容量為941. 9mAh/g，充放電循環(huán)20次后的比容量為630mAh/g，顯示出較高的容量以及良好循環(huán)穩(wěn)定性。實(shí)施例2: 按升華硫無(wú)定形碳活性碳的質(zhì)量比=6 3混合，加入無(wú)水乙醇，球磨6h，在70°C于真空干燥箱中干燥12h，備用。將上述所得到的混合物與鎳?yán)w維管按質(zhì)量比為6 1分散在PEO(聚環(huán)氧乙烯)和DMF(二甲基甲酰胺)的混合溶液中，攪拌，制得漿料并涂覆在經(jīng)過丙酮超聲清洗的金屬鋁箔上，于真空干燥箱中干燥12h，得鋰硫電池正極材料。所述的中空鎳?yán)w維管的制備方法本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鋰硫電池改性正極的工藝，其包括有如下步驟：按升華硫：導(dǎo)電劑的質(zhì)量比=6：3混合，加入無(wú)水乙醇，球磨6h，在50~80℃于真空干燥箱中干燥12h，所得的混合物與中空鎳?yán)w維管按質(zhì)量比為5~9：1混合，并加入粘結(jié)劑一起分散于分散劑中，攪拌，然后得到漿料，涂覆在經(jīng)過丙酮超聲清洗的金屬鋁箔上，于真空干燥箱中60℃干燥12h，得鋰硫電池正極材料。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王傳新，謝秋實(shí)，汪建華，王升高，謝海鷗，晏倩，王子行，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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