[发明专利]一种锂硫电池正极材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明实施例提供了一种锂硫电池正极材料、其制备方法及其应用，其中，锂硫电池正极材料，包括：还原态氧化石墨烯与介孔二氧化锡的复合物及单质硫，所述介孔二氧化锡沉积于所述还原态氧化石墨烯上，所述介孔二氧化锡的介孔内含有单质硫。本发明实施例提供的锂硫电池正极材料,还原态氧化石墨烯可以提供良好的导电基底，一方面提高活性材料硫的导电性，另一方面也可以将介孔二氧化锡均匀分散。介孔二氧化锡具有大的表面积的孔结构，既适于捕获多硫化物，也有利于多硫化物在复合物中的沉积。基于这种合理的结构设计，可以极大地减弱了多硫化物的穿梭，减少锂硫电池的穿梭效应，库伦效率较高。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域，特别是涉及一种锂硫电池正极材料、其制备方法及其应用。

背景技术

锂硫电池具有高的理论比容量(1675mA·h/g)是常规二次锂离子电池能量密度的3-5倍,且所用的材料单质硫来源广泛，价格低廉，环境友好，就其电池材料成本相比，远远低于传统的锂离子电池所用材料。随着社会高速发展，电子耗能移动设备的更新换代，需要更高能量密度的储能设备来满足需求，锂硫电池是最有希望产业化的下一代二次电池。

然而,传统锂硫电池(都是采用碳硫复合材料作为正极)虽然有具有上述优点，但是其也存在很多问题，比如说自身存在强的自放电，充放电过程库伦效率低，容量衰减快等问题，限制了锂硫电池的产业化。而带来这些问题的原因，也是限制锂硫电池产业化的三个主要原因为：

(1)导电性差，在室温下，单质硫以及放电终产物Li₂S、Li₂S₂是电子和离子的绝缘体，电导率非常低。；

(2)穿梭效应显著，导致库伦效率低，容量衰减严重，在充放电的过程中，在正极的活性物质硫单质会转化为高聚态多硫化锂(Li₂S_n，4≤n8)，该中间产物易溶于电解液，在两极之间产生浓度梯度差，并迁移到负极，在负极被还原成低聚态多硫化锂后，在负极聚集，再迁移到正极，这样循环的过程被称为“穿梭效应”，对锂硫电池的持久性会造成非常大的影响，不仅会降低正极材料中活性物质硫的利用率，还会使Li₂S和Li₂S₂沉积在负极表面，阻止电化学反应的进行。

(3)体积变化大，电池活性物质硫单质的密度为2.07g/cm³，而放电终产物Li₂S的密度只有1.66g/cm3，当硫单质被还原为Li₂S时，体积会膨胀至原来体积的179％，而长时间的循环后，体积的反复变化会导致电极结构的坍塌，最终造成电池损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂硫电池正极材料，至少用于解决传统的锂硫电池穿梭效应显著的问题。本发明同时还提供了锂硫电池正极材料的制备方法,及该锂硫电池正极材料的应用。具体技术方案如下：

本发明首先提供了一种锂硫电池正极材料，包括：还原态氧化石墨烯与介孔二氧化锡的复合物及单质硫，所述介孔二氧化锡沉积于所述还原态氧化石墨烯上，所述介孔二氧化锡的介孔内含有单质硫。

在本发明的一种具体实施方式中，所述介孔包括开放式的孔。

本发明还提供了前述锂硫电池正极材料的制备方法，包括：

(1)将氧化石墨烯分散于醇与水形成的混合溶剂中，形成氧化石墨烯分散体；