一种提升锂硫电池倍率性能的方法

本发明属于锂硫电池领域，具体涉及一种提升锂硫电池倍率性能的方法。

背景技术：

随着锂离子电池的能量密度接近上限，锂/硫(li/s)电池由于单质硫丰富且成本低逐渐引起人们的关注。根据单质硫完全还原为硫化锂(li2s)，预计硫输送的比容量为1675mah/g，能量密度为2600wh/kg，比目前最先进的锂离子电池高出3-5倍，使得锂硫电池成为最有前景的下一代储能系统之一。

然而，要实现锂硫电池的商业化，仍面临着一些问题。单质硫和硫化锂的电子导电性和离子导电性差，硫材料在室温下的电导率极低(5.0×10^-30s/cm)，反应的最终产物li2s2和li2s也是电子绝缘体，不利于锂硫电池的高倍率性能，目前没有一种有效的方法改善其倍率性能。

技术实现要素：

鉴于以上存在的技术问题，本发明用于提供一种提升锂硫电池倍率性能的方法，包括以下步骤：

s1，将单质硫与纳米颗粒混合，质量比为1:1至5:2；

s2，将混合后的材料加入二硫化碳溶液，在通风橱内搅拌至二硫化碳溶液挥发；

s3，将s2所得材料置于高压反应釜内，以120℃～170℃反应10～15h，之后取出并将其碾碎；

s4，将s3所得材料与乙炔黑和聚偏氟乙烯混合，三者质量比为5:2:2至8:2:1，之后滴加n甲基吡咯，搅拌1～4h，将其作为锂硫电池的正极材料；

s5，在锂硫电池充放电过程中引入环境光，使纳米颗粒产生电子空穴对，从而在其表面构建局域电场；

所述纳米颗粒在光照下产生电子空穴对分离。

优选地，所述s1中，采用金纳米颗粒，单质硫与金纳米颗粒的质量比为7:3。

优选地，所述s3中，反应温度为155℃，反应时间为12h。

优选地，所述s4中，s3后所得材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯的质量比为7:2:1，搅拌2.5h。

优选地，所述s4中，s3后所得材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯的质量比为9:3:2，搅拌4h。

优选地，所述s4中，s3后所得材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯的质量比为8:2:1，搅拌3h。

优选地，所述环境光为太阳光。

采用本发明具有如下的有益效果：本发明提供了一种提升锂硫电池倍率性能的方法。将一种可以在光照下能产生电子空穴对分离的纳米材料引入硫电极，在锂硫电池工作过程中通过光照(主要为太阳光)使得纳米材料产生电子空穴对，从而在其表面构建局域电场，以此来降低电极的转移电阻，有效促进锂硫电池的充放电过程，改善其倍率性能。同时，采用光照的方式绿色环保，且易于实现。

附图说明

图1为本发明实施例的一种提升锂硫电池倍率性能的方法步骤流程图；

图2为本发明实施例的一种提升锂硫电池倍率性能的方法得到的锂硫电池在不同倍率充放电电流下的倍率性能曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明提出一种提升锂硫电池倍率性能的方法，包括以下：

s1，将单质硫与光照下能产生电子空穴对分离的纳米颗粒混合，其质量比为1:1至5:2；

s2，将混合后的材料加入二硫化碳在通风橱内搅拌至二硫化碳溶液挥发；

s3，将s2所得材料置于高压反应釜内于烘干箱内120℃～170℃反应10～15h，之后取出并将其碾碎；

s4，将s3所得材料与乙炔黑和聚偏氟乙烯(pvdf)混合，其质量比为5:2:2至8:2:1,之后滴加n甲基吡咯，搅拌1～4h，将其作为锂硫电池的正极材料；

s5，在锂硫电池充放电过程中引入环境光，促使引入的纳米颗粒产生电子空穴对，从而在其表面构建局域电场。

上述技术方案中，首先将一种在光照下能产生电子空穴对分离的纳米颗粒与单质硫的复合材料作为锂硫电池的正极；其次在锂硫电池工作过程中引入环境光(主要为太阳光)，该光照能促使引入的纳米颗粒会产生电子空穴对，从而在引入的纳米材料表面构建出局域电场，该电场能够有效促进锂硫电池的充放电过程，改善其倍率性能。

实例化1

s1，将单质硫与金纳米颗粒混合，其质量比为7:3；s2，将混合后的材料加入二硫化碳在通风橱内搅拌至二硫化碳溶液挥发；s3，将所得材料置于高压反应釜内于烘干箱内155℃下反应12h，之后取出并将其碾碎；s4，将所得材料与乙炔黑和聚偏氟乙烯(pvdf)以7:2:1质量比混合，之后滴加n甲基吡咯，搅拌2.5h，将其作为锂硫电池的正极材料；s5，在锂硫电池充放电过程中以太阳光照射，促使引入的纳米颗粒产生电子空穴对，从而在其表面构建局域电场。

实例化2

s1，将单质硫与金纳米颗粒混合，其质量比为2:1；s2，将混合后的材料加入二硫化碳在通风橱内搅拌至二硫化碳溶液挥发；s3，将所得材料置于高压反应釜内于烘干箱内180℃下反应15h，之后取出并将其碾碎；s4，将所得材料与乙炔黑和聚偏氟乙烯(pvdf)以9:3:2质量比混合，之后滴加n甲基吡咯，搅拌4h，将其作为锂硫电池的正极材料；s5，在锂硫电池充放电过程中以太阳光照射，促使引入的纳米颗粒产生电子空穴对，从而在其表面构建局域电场。

实例化3

s1，将单质硫与金纳米颗粒混合，其质量比为1:1；s2，将混合后的材料加入二硫化碳在通风橱内搅拌至二硫化碳溶液挥发；s3，将所得材料置于高压反应釜内于烘干箱内120℃下反应10h，之后取出并将其碾碎；s4，将所得材料与乙炔黑和聚偏氟乙烯(pvdf)以5:2:2质量比混合，之后滴加n甲基吡咯，搅拌1h，将其作为锂硫电池的正极材料；s5，在锂硫电池充放电过程中置于室内白炽灯照射，促使引入的纳米颗粒产生电子空穴对，从而在其表面构建局域电场。

实例化4

s1，将单质硫与金纳米颗粒混合，其质量比为5:2；s2，将混合后的材料加入二硫化碳在通风橱内搅拌至二硫化碳溶液挥发；s3，将所得材料置于高压反应釜内于烘干箱内170℃下反应12h，之后取出并将其碾碎；s4，将所得材料与乙炔黑和聚偏氟乙烯(pvdf)以8:2:1质量比混合，之后滴加n甲基吡咯，搅拌3h，将其作为锂硫电池的正极材料；s5，在锂硫电池充放电过程中以太阳光照射，促使引入的纳米颗粒产生电子空穴对，从而在其表面构建局域电场。

图2为本发明的方法得到的锂硫电池在不同倍率(0.2c,0.5c,1c,2c,1c,0.5c,0.2c,以硫的理论容量1674mah/g为基准)充放电电流下的倍率性能曲线，随着放电速率的增加，其比容量减小比例较小。且在相同的放电速率下，其放电比容量相对稳定，当速率恢复到0.2c时，电池容量的恢复也证明了该正极材料的稳定性。

进一步的，对上述方法进行性能测试。具体测试过程如下：所选用测试的锂硫电池正极为上述硫/纳米颗粒复合材料，负极为锂片，celgard2325作为隔膜，1mlitfsi溶解在1,3-二氧戊环(dol)和乙二醇二甲醚(dme)(体积比1:1)为电解液，在湿度和氧气浓度低于1ppm，充满氩气保护的手套箱中，使用lir2032硬币型电池壳组装电池。在充放电测试系统中，充放电测试电压为1.7v～2.8v。

从上述分析可以得出，该方法通过在锂硫电池正极材料表面构建局域电场，从而降低转移电阻，其倍率性能较稳定，当充放电速率恢复时，其比容量也能有较好的恢复，说明该方法有效提高了电池的倍率性能。

应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本发明的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。