[发明专利]一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂硫电池电极材料技术领域，具体涉及一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料及制备方法。本发明的一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料由如下方法制备得到：将硫在150℃～280℃熔化后加入咪唑盐离子液体分散均匀，得到分散液；将分散液的温度降低至115℃～150℃，在分散液中加入氢键有机框架HOF，搅拌后超声处理5～25min混合均匀，使硫熔化后与离子液体在氢键有机框架的孔中驻留，得到混合物；将混合物降温至25℃～55℃冷凝后离心，除去浮在表面的咪唑盐离子液体得到一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料。本发明避免了电极裂纹的产生，有效抑制了硫电极体积变化造成的容量衰减，大大提升了锂硫电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂硫电池电极材料技术领域，具体涉及一种有机框架稳定的锂硫电池电极材料及制备方法。

背景技术

随着电池在电动汽车的应用，产品性能不断提高，但是目前大规模商品化的电池不能很好地满足一些高容量、高能量密度的应用需求。尤其是当前的动力电池体系希望达到进一步延长续航里程的目标，对新型电池提出了更高的要求。就是由于电池的质量能量密度。

从目前技术上来看，理论能量密度最高的两个体系是锂硫电池和锂空气电池，这两类电池的质量能量密度均超过500Wh/kg，能够较好地提升电动汽车的行驶里程数。

锂硫电池是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池，是锂电池的一种。其比容量高达1675mAh/g，是一种非常有前景的锂电池。但是，硫具有不导电、中间产物聚硫锂溶于电解质、体积膨胀严重等缺点，这些问题使得锂硫电池的大规模应用面临诸多挑战。特别是在循环过程中硫电极的体积形变大，致使硫电极内部产生微裂纹，加剧锂硫电池的容量衰减。

申请号为201610885345.9的中国专利申请公开了一种用于锂硫电池的电解液，其主要由电解质盐和有机溶剂组成。有机溶剂包含醚类有机溶剂和硫化物增溶剂。本发明公开了一种硫化物在有机溶剂中溶解度的测定方法。本发明还公开了一种硫化物增溶剂的复配方法。本发明提供了一种包含前述电解液的锂硫电池，其负极活性材料为金属锂或含锂合金，正极由正极活性材料、导电剂和粘合剂按比例共混球磨而成，正极活性材料为硫单质或含硫化合物。本发明产品具有原料易得、工艺简单，能够提高锂硫电池倍率性能等优点。

申请号为201410853273.0的中国专利申请公开了一种锂硫电池正极、锂硫电池及其制备方法，属于电池材料领域。所述正极材料中心为功能化碳纳米材料，中间夹层为硫，外层为聚多巴胺膜，功能化为羟基化或羧基化。制备方法如下：将碳纳米材料溶解于碱或酸液中获得功能化碳纳米材料；将功能化碳纳米材料加入硫源水溶液中，搅拌后滴加稀酸，得到外侧包覆硫的功能化碳纳米材料；将外侧包覆硫的功能化碳纳米材料加入三(羟甲基)甲烷缓冲液中与多巴胺盐酸盐溶液聚合反应，得到所述正极材料。还涉及正极材料为所述正极材料的锂硫电池；所述电池还可含有聚多巴胺修饰的聚乙烯隔膜。所述正极材料可抑制“飞梭效应”和体积膨胀造成的结构破坏；所述的锂硫电池具有良好的循环性能和容量保持率。

申请号为201410733795.7的中国专利申请公开了一种用于锂硫电池的多孔硫正极、其制备方法及锂硫电池，该制备方法包含：步骤1，将单质硫、导电剂和粘结剂以（70～90）：（20～2）：（10～8）的比例混合，制备正极极片；步骤2，通过快速加热升华或物理溶解的方法除去正极极片表面的单质硫，从而获得多孔硫正极。本发明通过将单质硫材材、导电剂和粘结剂混合制备出高硫含量的硫正极，然后通过快速加热升华或物理溶解的方法除去表面的部分单质硫，进而实现用于锂硫二次电池的多孔的硫正极，该方法制备的硫正极具有多孔结构、易吸液、吸液量大、微观骨架结构稳定、缓解正极体积膨胀、单质硫利用率高、循环性能好等显著优点。