[发明专利]一种正极材料及其制备方法、锂硫电池

说明书

本发明公开了一种正极材料及其制备方法、锂硫电池。本发明公开的正极材料包括：含孔的C₃N_4‑x，其中，0<x<4；以及负载于C₃N_4‑x的硫。根据本发明的正极材料的制备方法，包括步骤：S1：将含孔的C₃N₄与Mg混合，加热反应一定时间后得到含孔的C₃N_4‑x，其中，0<x<4；S2：在含孔的C₃N_4‑x中负载硫，得到正极材料。本发明提供的正极材料，一方面由于C₃N_4‑x中含有氮，其对多硫锂化物具有良好的吸附性能；另一方面，由于C₃N_4‑x中氮含量相对C₃N₄较低，相对于C₃N₄提高了本征电导率，因此将该正极材料用于锂硫电池时，可以提高锂硫电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种正极材料及其制备方法、锂硫电池。

背景技术

锂离子电池在能量储存中占据主导地位，由于其相对成熟的制备过程及较高的稳定性成为了现代生活中不可或缺的一部分。由于锂离子电池的正极与负极容量不匹配导致传统的锂离子电池理论密度受限，从而限制了其在混合动力电车及大型智能电网中的应用。此外成本高、毒性大和不安全等因素也阻碍了其进一步的发展。

锂硫电池作为新一代的电池由于具有较好的理论能量密度引起了越来越多研究者的关注。此外，由于硫元素的低成本、环保以及资源含量高使其更适合做电极材料。但是，在循环过程中，锂硫电池中硫正极的体积形变率高达22％，可能使硫正极内部产生微裂纹，加剧锂硫电池的容量衰减。

目前，负载硫的基体材料一般选用三维多孔碳材料、石墨烯及其衍生物。然而现有的基体材料中存在以下缺陷：(1)孔隙率低，储硫能力较弱，导致锂硫电池的循环稳定性较差；(2)三维多孔碳材料、石墨烯及其衍生物等碳材料，吸附锂硫电池在充电过程中产生的多硫锂化物的能力较弱，仍会有较多的多硫锂化物溶解于电解液中，使锂硫电池的循环稳定性降低。

其中，一般采用C₃N₄这种碳氮材料作为负载硫的基体材料，其中含有的N元素可以吸附多硫锂化物，但由于其氮含量相对较高，导致其本征导电率降低，从而会降低锂硫电池的循环稳定性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种正极材料及其制备方法，本发明的正极材料包括含孔的C₃N_4-x，其中，0<x<4；以及负载于 C₃N_4-x的硫，由于C₃N_4-x中氮含量降低，相对于C₃N₄提高了本征电导率，因此将该正极材料用于锂硫电池时，可以提高其循环稳定性。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

根据本发明的一方面，提供了一种正极材料，正极材料包括：含孔的C₃N_4-x，其中，0<x<4；以及

负载于所述C₃N_4-x的硫。

根据本发明正极材料的一种实施方式，所述含孔的C₃N_4-x的孔隙率为20～30m²/g。

根据本发明的另一方面，提供了一种正极材料的制备方法，包括步骤：