[发明专利]一种柔性的锂硫电池正极材料

说明书

本发明涉及一种柔性的锂硫电池正极材料，属于电化学应用技术领域。所述正极材料通过如下方法得到：将碳材料加入溶解有聚合物单体的分散液中，根据情况加入氧化剂，搅拌混合均匀，过滤得到粉体；将粉体、粘结剂和成膜剂混合均匀后涂于基底上，干燥，用溶剂1冲洗去除杂质，从基底上脱落，得到底片；在惰性气氛中，将硫单质溶解于溶剂2中后滴加到底片上，待溶剂挥发后得到所述正极材料。所述正极材料可自支撑且具有柔性，无集流体；可以单片或多层叠加作为锂硫电池正极；所述正极材料可提高活性物质硫的利用率，同时可有效抑制多硫化物的溶解，提高锂硫电池的循环寿命，降低锂硫电池阻抗；制备方法简单，成本低廉，绿色环保，易于实现批量生产。

技术领域

本发明涉及一种柔性的锂硫电池正极材料，属于电化学应用技术领域。

背景技术

锂硫(Li-S)电池具有高的理论能量密度(2600Wh kg^-1，2800Wh L^-1)，并且硫单质价格低廉，对环境影响小，因此一直备受研究人员的青睐。然而，Li-S电池的实际能量密度和循环稳定性受到单质硫低电子和离子电导率的限制；除此之外，Li-S电池反应前后正极体积变化大，容易导致结构破坏和失效，最终导致中间硫化物溶解在电解质中。上述问题存在两方面的不足，一方面是活性物质的利用率低，另一方面是界面的稳定性差。在Li-S电池的循环过程中，正极的固体S或Li₂S_x(x为1或2)形成一系列中间多硫化物(Li₂S_x，x＝4、8、6、4和3)，最终变为导电性差的Li₂S_x固体(x为1或2)或S单质。长链的多硫化物(例如Li₂S₈和Li₂S₆)在电解液中具有高溶解度，并在整个电池的正负极之间扩散，导致穿梭效应和容量损失，穿梭效应问题长期以来被本领域技术人员认为是成为Li-S电池库仑效率低，容量衰退迅速的最主要原因之一。

现有研究报道中，通过寻找合适的正极材料和电解质体系，可使Li-S电池的性能得到有效改善。研究者们在硫电极材料的组成及制备方法、电解液的优化、锂负极的表面修饰等方面进行了深入研究。在Li-S电池正极的研究方面，硫/碳材料取得了较为显著的效果，所采用的碳材料通常用有比较高的比表面积且为孔隙结构，这样利于硫的负载均匀。所采用的制备方法也通常为热处理或溶液浸渍的制备方法。一方面，微孔和介孔具有较强的吸附特性，可以限制多硫化物的溶解流失；另一方面，硫在碳孔中的不饱和填充状态为体积膨胀提供缓冲空间。然而所述热处理或溶液浸渍的制备方法比较繁琐，精确度较低，负载的硫的分布不一定均匀，受制备条件影响大，这在很大程度上影响了锂硫电池的循环寿命。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种柔性的锂硫电池正极材料。所述正极材料具有柔性、免粘结剂和免集流体的特点，制备方法简单并能有效解决正极硫负载不均匀的问题。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

一种柔性的锂硫电池正极材料，所述正极材料由通过如下制备方法得到：

(1)底片的制备

在室温下，将碳材料加入溶解有聚合物单体的分散液中，根据情况加入氧化剂，搅拌4h～24h混合均匀，过滤，得到粉体；将粉体、粘结剂和成膜剂混合均匀，得到浆料；将浆料涂于基底上，干燥4h～24h，用溶剂1冲洗去除杂质，从基底上脱落，即可得到底片。

其中，所述碳材料优选为石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米纤维、碳纳米管和多孔碳颗粒中的一种以上；

聚合物单体为盐酸多巴胺、多巴胺、乙二醇、苯胺、吡咯和噻吩中的一种以上；