锂/硫电池用纳米硫粉的液相沉积法制备

背景技术

便携式电子通信装备和电动汽车的发展，对其所用化学电源的比能量指标提出了越来越高的要求。锂/硫电池具有高达2.6kW·h/g的理论比能量，被认为是极具应用前景的下一代高比能电池体系。单质硫是一种常用的锂/硫电池正极材料，其比容量值可达1675 mA·h/g，且原料来源丰富、价格低廉、环境友好，近年来得到了国内外的广泛研究和关注。然而，目前单质硫多为粒径在微米级且粒度分布较分散的升华硫产品，直接用这种材料做正极不利于电池性能的发挥。纳米硫粉具有尺寸小、比表面积大、表面孔隙丰富等优点，能够改善电池的电化学性能，因此，更适合应用于锂/硫电池中。

目前，制备纳米硫粉材料主要采用高温气相凝固法，该法需要在高温及惰性气体保护下进行，制备条件苛刻、能耗大、成本高，不适合工业化生产。GUO采用水−油两相微乳液法制备了具有规整类球形结构的纳米硫材料，但该法需使用大量有机溶剂和表面活性剂，且后续的清洗过程比较繁琐。液相沉积法是近年发展起来的一种制备纳米材料的有效方法，它是在溶液体系中以较温和的方式进行化学反应，与前述制备方法相比，更易于控制化学反应过程，且操作及工艺简单、成本低廉。SHIN等采用该方法制备了胶状微米级单质硫；WANG等采用该方法制备了具有核−壳结构的硫/炭复合材料。然而，通过液相沉积法制备单质纳米硫粉材料并将其用于锂硫电池的研究，目前鲜见报道。

制备方法

将硫化钠溶于去离子水中，制成硫化钠溶液。取适量升华硫粉，充分研磨后加入该硫化钠溶液中，室温下搅拌至硫粉全部溶解，得到 多硫化钠溶液。取一定量多硫化钠溶液加入到含有适量分散剂的去离子水中，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节至pH＞8，得到澄明的淡黄色反应液A。另取适量分散剂加入至一定浓度的酸溶液中得到反应液B。室温下将反应液A以30滴/min的速度缓慢滴入处于搅拌状态下的反应液B中(确保反应液B的酸过量，始终保持酸性反应体系)，此时淡黄色单质硫颗粒开始析出，滴加完毕后继续搅拌30 min。将反应后溶液进行离心分离，所得产物用己烷洗涤数次后，室温下干燥48h得到平均粒径约65nm且分散性较好的类球形纳米硫粉。

参考文献

[1]袁艳,陈白珍,陈亚.锂/硫电池用纳米硫的液相沉积法制备及性能[J].中国有色金属学报,2013,23(10):2863-2867.DOI:10.19476/j.ysxb.1004.0609.2013.10.018