z02復合材料中硫的質量占總質量的59 %。
[0063]制備正極極片:稱取升華硫/碳納米纖維/LiNixCoyMnz02復合材料0.14g、Super P0.04g、聚丙烯酸(PAA)0.02g，置于研缽中研磨30分鐘，然后加入適量的N-甲基吡咯烷酮(匪P)，濕磨5分鐘，調制成泥漿狀后涂覆在已用酒精清洗的鋁箔上，在50°C的烘箱中干燥，揮發(fā)溶劑12h，得到鋰硫電池的正極極片。
[0064]將所制備的鋰硫電池的正極極片利用正極極片/鋰硫電池醚類電解液/鋰片組裝成扣式電池，在室溫，0.2C下測試首圈放電比容量為1323mAh/g，循環(huán)100圈后放電比容量為787mAh/g，效率為97.8 %。在室溫條件下進行0.1C倍率充放電測試。首圈放電比容量為1380mAh/g，循環(huán)100圈后，放電比容量為974mAh/g，效率為99.2 %。
[0065]實施例8
[0066]制備與實施例7中材料比例、厚度相同的鋰硫電池正極極片，組裝成扣式電池，在室溫條件下進行IC倍率充放電測試，首次放電比容量為729mAh/g，循環(huán)50圈后放電比容量為679mAh/g，效率為99.3%。80°(3條件下進行不同倍率充放電測試，首圈0.2C放電比容量為1224mAh/g，循環(huán)5圈后，0.5C下放電比容量為801mAh/g，循環(huán)10圈后，IC下放電比容量為679mAh/g，循環(huán)15圈后，2C下放電比容量為568mAh/g，當倍率逐步回到0.2C，循環(huán)20圈后放電比容量為832mAh/g，效率為99.6 %。
[0067]實施例9
[0068]制備組分以硫化鈉作為硫源利用液相法制備的納米硫、科琴炭黑、LiFePO4的復合正極材料，具體制備工藝如下:
[0069]制備復合材料:稱取7.8g的硫化鈉和6.3g的亞硫酸鈉溶解于50mL超純水中，將0.1g科琴炭黑和0.2g含鋰過渡金屬氧化物于50mL的超純水中，將兩種溶液混合，攪拌12h，然后加入SmL濃度為98 %的濃硫酸，在室溫下磁力攪拌1.5小時，過濾，用大量超純水洗滌剩余物質，并在50°C條件下真空干燥24h，得到黑色粉末。將黑色粉末在密封管式爐中155°C條件下熱處理20h，并一直通氬氣進行保護，得到納米硫/科琴炭黑/LiFePO4原位復合材料。所制備的納米硫/科琴炭黑/LiFeP04復合材料中硫的質量占總質量的65 %。
[°07°] 制備正極極片:稱取納米硫/科琴炭黑/LiFeP04復合材料0.14g、Super P0.04g、聚丙烯酸(PAA)0.02g，置于研缽中研磨30分鐘，然后加入適量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)，濕磨5分鐘，調制成泥漿狀后涂覆在已用酒精清洗的鋁箔上，在50°C的烘箱中干燥，揮發(fā)溶劑12h，得到鋰硫電池的正極極片。
[0071 ] 將所制備的鋰硫電池的正極極片利用正極極片/鋰硫電池醚類電解液/鋰片組裝成扣式電池，在室溫，0.2C下測試首圈放電比容量為1270mAh/g，循環(huán)100圈后放電比容量為785mAh/g，效率為99.6 %。在室溫條件下進行0.1C倍率充放電測試。首圈放電比容量為1443mAh/g，循環(huán)100圈后，放電比容量為954mAh/g，效率為99.5 %。
[0072]實施例10
[0073]制備與實施例5中材料比例、厚度相同的鋰硫電池正極極片，組裝成扣式電池，在室溫條件下進行IC倍率充放電測試，首次放電比容量為768mAh/g，循環(huán)50圈后放電比容量為685mAh/g，效率為99.2%。80°(3條件下進行不同倍率充放電測試，首圈0.2C放電比容量為1374mAh/g，循環(huán)5圈后，0.5C下放電比容量為805mAh/g，循環(huán)10圈后，IC下放電比容量為714mAh/g，循環(huán)15圈后，2C下放電比容量為652mAh/g，當倍率逐步回到0.2C，循環(huán)20圈后放電比容量為83ImAh/g，效率為99.2 %。
【主權項】
1.一種鋰硫電池復合正極材料，其特征在于:由包括單質硫、導電碳材料和含鋰過渡金屬氧化物在內的原料復合而成。2.根據權利要求1所述的鋰硫電池復合正極材料，其特征在于:由以下質量份原料組分組成: 單質硫50?80份； 導電碳材料5?25份； 含鋰過渡金屬氧化物5?25份。3.根據權利要求2所述的鋰硫電池復合正極材料，其特征在于:所述的導電碳材料為科琴炭黑、Super P、乙炔黑、石墨稀、碳納米管、碳納米纖維中的至少一種。4.根據權利要求2所述的鋰硫電池復合正極材料，其特征在于:所述的含鋰過渡型金屬氧化物為1^4115012、1^卩6?04、1^(:002、1^附02、1^]\11102、1^]\111204、1^祖<0#10)2、111^2]\?)3(1-11)LiMO2中的至少一種，其中M為N1、Co、Fe或Nii/2Mm/2。5.根據權利要求2所述的鋰硫電池復合正極材料，其特征在于:所述的單質硫為納米單質硫。6.制備權利要求1?5任一項所述的鋰硫電池復合正極材料的方法，其特征在于:包括方案a、方案b或方案c: 方案a:將溶有單質硫的有機溶液與分散有導電碳材料和含鋰過渡金屬氧化物的水溶液攪拌混合后，揮發(fā)溶劑，所得混合體置于130?200°C溫度下熱處理，即得； 方案b:將含硫代硫酸鈉和聚乙烯吡咯烷酮的溶液與分散有導電碳材料和含鋰過渡金屬氧化物的水溶液攪拌混合后，在繼續(xù)攪拌的條件下，加入鹽酸反應，反應完成后，揮發(fā)溶劑，所得混合體置于130?200°C溫度下熱處理，即得； 方案c:將含硫化鈉和亞硫酸鈉的溶液與分散有導電碳材料和含鋰過渡金屬氧化物的水溶液攪拌混合后，在繼續(xù)攪拌的條件下，加入硫酸反應，反應完成后，揮發(fā)溶劑，所得混合體置于130?200°C溫度下熱處理，即得。7.根據權利要求6所述的制備鋰硫電池復合正極材料的方法，其特征在于: 方案b中硫代硫酸鈉和聚乙烯吡咯烷酮的質量比為20?100:1;硫代硫酸鈉和鹽酸的摩爾比為1:2?3;反應時間為I?3h; 方案c中硫化鈉、亞硫酸鈉和硫酸的摩爾比為2:1:3;反應時間為I?3h。8.根據權利要求6所述的制備鋰硫電池復合正極材料的方法，其特征在于:方案a、方案b或方案c中攪拌混合的時間為1h?30h。9.根據權利要求6所述的制備鋰硫電池復合正極材料的方法，其特征在于:方案a、方案b或方案c中揮發(fā)溶劑是在25°C?60°C溫度條件下實現。10.根據權利要求6所述的制備鋰硫電池復合正極材料的方法，其特征在于:方案a、方案b或方案c中熱處理時間為8h?20h。11.權利要求1?5任一項所述的鋰硫電池復合正極材料的應用，其特征在于:應用于制備鋰硫電池的正極。12.根據權利要求11所述的鋰硫電池復合正極材料的應用，其特征在于:將所述鋰硫電池復合正極材料與導電碳材料及粘結劑械混合后，碾磨，再加入N-甲基吡咯烷酮濕磨，調制成泥狀漿料，涂覆在鋁箔上，烘干，即得正極。13.根據權利要求12所述的鋰硫電池復合正極材料的應用，其特征在于:鋰硫電池復合正極材料與導電碳材料及粘結劑的質量比為65?75:15?25:10。14.根據權利要求13所述的鋰硫電池復合正極材料的應用，其特征在于:鋰硫電池復合正極材料與Super P導電碳材料及聚丙稀酸粘結劑的質量比為70:20:10。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰硫電池復合正極材料及其制備方法和應用，復合正極材料由包括單質硫、導電碳材料和含鋰過渡金屬氧化物在內的原料復合而成；其制備方法是將溶有單質硫的有機溶液或者能反應生成單質硫的溶液與分散有導電碳材料和含鋰過渡金屬氧化物的水溶液攪拌混合后，揮發(fā)溶劑，所得混合體高溫下熱處理，即得。制得的復合正極材料導電性能好，富含鋰源，且能將多硫化物穩(wěn)定束縛在正極區(qū)域，提高活性物質硫利用率，用于制備鋰硫電池正極，可以顯著提高鋰硫電池的放電比容量，改善電池的循環(huán)性能穩(wěn)定性，且復合正極材料的制備方法簡單、工藝條件溫和，成本低，滿足工業(yè)生產要求。
【IPC分類】H01M4/36, H01M4/139, H01M4/13, H01M10/0525, H01M4/62, H01M4/38
【公開號】CN105529446
【申請?zhí)枴緾N201610037090
【發(fā)明人】劉晉, 王旭明, 張 誠, 林月, 李劼, 劉業(yè)翔
【申請人】中南大學
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2016年1月20日