[发明专利]一种长循环寿命高比容量锂硫电池正极材料和锂硫电池正极及其制备

说明书

本发明属于锂硫电池的技术领域，公开了一种长循环寿命高比容量锂硫电池正极材料和锂硫电池正极及其制备。所述正极材料为：(1)在盐酸溶液的体系中，以过硫酸铵为氧化剂，将氨基苯硫酚进行聚合反应，后续处理，得到导电聚合物；(2)在惰性氛围下，将导电聚合物与硫磺混合均匀，升温至140～170℃，保温，继续升温至170～200℃，保温，冷却，研磨，干燥，得到正极材料。所述正极为将正极材料、导电剂、粘结剂以及有机溶剂混合均匀，得到浆料；将浆料均匀涂覆在集流体上，真空干燥，得到锂硫电池正极。本发明的锂硫电池正极材料和正极结构稳定，具有高容量和超长循环寿命，本发明的方法简单可行，能耗少，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于锂硫电池的技术领域，涉及一种锂硫电池正极材料及锂硫电池正极极片及其制备方法，尤其涉及一种热聚合制备超长循环寿命锂硫电池正极材料和高导电性聚合物锂硫电池正极极片的方法。

背景技术

一方面，随着传统化石能源的日渐匮乏和环境污染的日益严重，新能源动力电池因其节能、环保的特性被广泛看好。另一方面，便携式电子产品的快速发展需要更高能量密度的电能存储技术作为支撑。锂硫电池(Li-S Battery)具有2600kW/kg的超高理论比能量密度，是目前商业锂离子电池的5倍左右，能够满足飞速发展的个人电子消费品的能源需求和驱动电动汽车行驶500km以上的设计要求。此外，该电池所用原料来源丰富、环境友好。这些突出的优点使其最有可能成为下一代锂离子电池的主流产品。但是，锂硫电池在实现大规模产业化之前仍需解决下列的一系列的问题：(1)单质硫和多硫化合物是电子的绝缘体，单质硫的电导率仅为5×10^-30S/cm,电子不能及时传导，使S+2Li⁺+2e^-→Li₂S的放电反应不能快速、完全反应，导致了较低的放电容量。(2)在反应过程中，生成的中间多硫化合物(主要是Li₂S₈，Li₂S₆及Li₂S₄)极易溶解于有机电解液，这会导致活性物质与集流体的脱离，最终使电池容量衰减严重；更重要的是溶解于电解液的多硫化合物在正负电极间来回穿梭，形成“穿梭效应”，这会破坏负极表面形成的固体电解质界面膜(SEI膜)，导致负极结构的破坏和引发安全问题。(3)由于电池电极中反应物和生成物的密度不同，导致了放电后正极电极体积膨胀了80％，在长循环过程中反复的体积变化也使得活性物质容易从集流体上脱落，导致电池循环性能的下降。

目前，常用的方法是将单质硫填充在多孔的导电碳材料里面，一方面，导电碳材料能够有效改善电极的导电性能，提高活性硫的利用率，进一步提高电池容量；另一方面，多孔碳材料能够将大量的活性硫装载在电极材料中，获得高硫负载的电极材料；同时，多孔结构也可以适应反复充放电过程中的体积膨胀，改善循环性能。但是，多孔碳材料的包覆依然不能有效防止多硫化合物在电解液中的溶解，也没有能从根本上解决当前锂硫电池循环稳定性能差的缺点。因此，常用的锂硫电池正极材料循环寿命通常较短，特别是在高倍率条件下，电池循环性能更差。

发明内容