一种锂硫电池正极材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括一个利用原位气相沉积法得到BP@MQD的步骤；一个将单质硫与BP@MQD复合的步骤。利用烧杯将一定比例的红磷粉末和硼化镁粉末充分混合，再放入马弗炉中进行烧结；通过离心洗涤的方法去除产物中非定形态的氧化硼，即可得到所需宿主材料。宿主材料中的氧化镁量子点具有强极性，可以捕捉长链多硫化物，减少穿梭效应；BP@MQD异质结可以提升电子转移速率，加快反应动力学。该发明专利技术中，单质硫做为正极活性材料，BP@MQD作为硫的宿主材料，与其他锂硫电池正极材料相比，优化了电池的循环稳定性能和倍率性能。此制备方法流程简单，对设备要求低，性能优异，适合大规模商业电池的生产。适合大规模商业电池的生产。适合大规模商业电池的生产。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池正极材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及材料科学
，更具体的说是涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]典型的锂硫电池的反应机理是电化学机理，正负极的硫与锂通过得失电子反应生成硫化物，正极和负极反应后形成的电势差即为放电电压。当外加电压时，正、负极反应逆向进行，此时是充电过程。硫作为正极活性材料，主要以S8的形式存在，在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点。根据单位质量的单质硫完全变为S2‑
所能提供的电量可得出硫的理论放电质量比容量为1675mAh/g，同理可得出单质锂的理论放电质量比容量为3860mAh/g。高容量、高比能量等优点使得锂硫电池成为有前景的新型电池。
[0003]但是单质硫的电子、离子导电性都很差，硫材料在室温下的电导率极低(5.0
×
10
‑
30
S
·
cm
‑1)，反应的最终产物Li2S2和Li2S也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能；锂硫电池的充放电过程复杂，中间产物多，穿梭效应导致了活性物质损失和电能的浪费，最终造成锂硫电池的低循环性能问题；硫和最终产物Li2S的密度不同，当硫被锂化后体积膨胀大约79％，易导致Li2S的粉化，引起锂硫电池的安全问题。以上所述的三点问题制约着锂硫电池的发展。
[0004]因此，如何得到一种具有异质结和量子点结构的复合材料用于储硫并且抑制多硫化物造成的穿梭效应，同时还能提供良好的电子和离子传输路径，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种长循环高倍率性能的锂硫电池正极材料的制备方法，以黑磷@氧化镁量子点为原料，通过熔融的方法将单质硫渗入黑磷@氧化镁量子点，提升了材料的导电性，其含有的氧化镁量子点有利于提升材料的循环稳定性(1C的充放电流密度下，循环500圈后，比容量还能保持在600mAh
·
g
‑1)。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将黑磷粉末与硼化镁粉末混合，然后放入烧杯中加入去离子水，继续搅拌24h；
[0009](2)将干燥后的粉末放入坩埚中，然后进行烧结；
[0010](3)将烧结后的粉末进行洗涤，然后烘干，得到黑磷和氧化镁量子点的复合材料；
[0011](4)将上述复合材料与单质硫混合并研磨15min，得到混合产物
[0012](5)在混合产物中加入CS2继续研磨1
‑
3h，得样品；
[0013](6)将样品放入密闭容器中，再在150
‑
160℃下保温1
‑
12h，取出后冷却至室温，即得所述锂硫电池正极材料。
[0014]优选的，步骤(1)中所述黑磷粉末与硼化镁粉末的质量比为1：(1
‑
7)。
[0015]更优选的，步骤(1)中所述黑磷粉末与硼化镁粉末的质量比为1：5，在该比例下两中物质反应更充分。
[0016]优选的步骤(2)中所述烧结为马弗炉、管式炉或任意可以高温加热的仪器。
[0017]优选的，步骤(2)中所述烧结温度为570
‑
720℃，升温速率10℃/min，保温时间为14
‑
24h。
[0018]优选的，步骤(3)中所述洗涤为采用去离子水离心洗涤，洗涤次数≥3。
[0019]优选的，步骤(3)中所述烘干温度为60℃。
[0020]优选的，步骤(4)中所述复合材料与单质硫的质量比为1:3。
[0021]优选的，步骤(5)中所述混合产物与CS2的质量比为1:5。
[0022]优选的，步骤(6)所述密闭容器为密闭玻璃或密闭的金属容器。
[0023]本专利技术的另一个目的在于提供上述锂硫电池正极材料的制备方法制备得到的锂硫电池正极材料在锂硫电池储能中的应用。
[0024]优选的，将锂硫电池正极材料在锂硫电池储能中的应用，包括：将锂硫电池正极材料与乙炔黑和聚偏氟乙烯混合研磨1
‑
5h，然后加入N
‑
甲基吡咯烷酮10
‑
50ml后得到黑色均匀的浆料，再涂布到铝箔上，然后60℃下烘干得到组装电池的极片，最后组装成锂硫电池。
[0025]优选的，锂硫电池正极材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯的质量比为8:1:1。
[0026]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术本专利技术通过采用BP@MQD为原料，用熔融的方法复合单质硫得到了锂硫电池正极材料，方法简单有效，得到的电池材料储能性能优异。具体来说氧化镁量子点具有的强极性可以很好的储硫、固硫，很好的保护锂硫电池在充放电过程中产生的多硫化物流失到负极。所以得到的正极材料储能性能优异(1C的充放电流密度下，循环500圈后，比容量还能保持在600mAh
·
g
‑1)。
[0027]具体原理为：
[0028]1)层状BP@MQD晶体提供了很好的储硫空间，提升了单质硫的导电性差的问题；
[0029]2)氧化镁量子点具有强极性，捕捉电池充放电过程中产生的多硫化物，改善穿梭效应，从而提升了电池的循环性能；
[0030]3)黑磷与氧化镁量子点形成的异质结具有良好的电子和离子传输速率，而这一优势可以大大提升材料的反应动力学，从而提升了电池的倍率性能。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0032]图1为实施例1所得的BP@MQD量子点的扫描电镜照片；
[0033]图2为实施例1所得的S@BP@MQD作为正极材料制备锂硫电池的循环性能图；
[0034]图3为实施例1所得的S@BP@MQD作为正极材料制备锂硫电池的倍率性能图。
具体实施方式
[0035]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]实施例1
[0037](1)将黑磷粉末与硼化镁粉末按质量比2：3的比例混合，放入烧杯中混24h。
[0038](2)干燥后放入坩埚中，利用马弗炉进行620℃高温煅烧，升温速率为10℃/min，保温时间设置为24h。
[0039](3)将煅烧后的产物取出用去离子水将产物离心洗涤，再60℃烘干后得到黑磷@氧化镁量子点。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将黑磷粉末与硼化镁粉末混合，然后放入烧杯中加入去离子水，搅拌24h；(2)将干燥后的粉末放入坩埚中，然后进行烧结；(3)将烧结后的粉末进行洗涤，然后烘干，得到黑磷和氧化镁量子点的复合材料；(4)将上述复合材料与单质硫混合并研磨15min，得到混合产物(5)在混合产物中加入CS2继续研磨1
‑
3h，得样品；(6)将样品放入密闭容器中，再在150
‑
160℃下保温4
‑
12h，取出后冷却至室温，即得所述锂硫电池正极材料。2.根据权利要求1所述的一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述黑磷粉末与硼化镁粉末的质量比为1：(1
‑
7)。3.根据权利要求1所述的一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述烧结温度为570
‑
720℃，升温速率10℃/min，保温时间为14
‑
24h。4.根据权利要求1所述的一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖擎玮，侯薇，廖柯璇，秦雷，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：