[发明专利]一种锂硫电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法，属于锂硫电池技术领域。一种锂硫电池正极材料包括含硫正极活性材料、导电添加剂、粘接剂和硫负载体；其中，所述硫负载体为多孔碱式氧化锰、石墨烯‑碱式氧化锰复合物或石墨烯‑碱式氧化锰‑硫化钴复合物。该硫负载体导电性好、分散性好、与硫及其锂硫电池的中间产物结合良好，而且加工性好，易于涂布成锂离子电池电极。其合成方法工艺操作简单，环境友好，且不需要煅烧，能耗低，有产业化前景。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂硫电池具有理论放电比容量(1675mAh/g)和很高的能量密度(2600Wh/kg)，被认为是最具前景的新型电池之一。单质硫对锂的理论比容量为1675mAh/g，电池的平均放电电压为2.2V，锂硫电池的理论能量密度达2600Wh/kg，远远高于磷酸铁锂和三元材料等锂离子电池理论能量密度。另外硫在自然界含量丰富，同时也是工业副产品，价格低廉，硫对环境友好，优点明显。

但是，锂硫电池仍有诸多挑战与缺陷需要解决：1、放电过程生成的多硫化锂会脱离集流体进入电解液中，导致活性材料与导电载体剥离，造成电池内阻增大，在充放电过程中部分多硫化锂会被氧化还原后沉积在电极表面而导致活性物质损失；另外在充电时，长链多硫化锂会迁移至负极与锂离子发生反应，生成短链的多硫化锂，另一部分会生成绝缘的Li₂S₂和硫化锂沉淀，上述过程在充放电过程反复进行，形成穿梭效应最终造成活性物质的损失，降低库伦效率和减少电池寿命。2、活性物质的导电性差，硫和放电产物Li₂S₂和硫化锂导电性差，所以需要添加导电剂来增加活性物质的导电性，因此造成电池的质量比容量降低。另一方面，生成的硫化锂会沉积在电极表面，进一步阻止电池反应，使反应不能完全进行，降低活性物质利用率。3、体积效应，硫的密度为2.07g/cm³，而硫化锂的密度为1.66g/cm³，所以在完全反应后，体积膨胀率达到80％，在反复的充放电过程中会导致材料结构崩塌，造成容量的快速衰减从而影响电池循环寿命。

采用石墨烯与硫元素复合能够改善活性物质的导电性能、有利于降低库伦效应和体积效应，在中国专利CN105609707A中公开了一种二氧化锰空心球锂硫电池正极材料的制备方法，其中以空心二氧化锰、硫单质、石墨烯复合制作锂硫电池正极材料，其制备得到的锂硫电池经历100个循环后的比电容降低到初始比电容的75％左右，其电池循环次数不长限制了电池的使用寿命。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种锂硫电池正极材料及其制备方法，所提供的锂硫电池正极材料导电性好、分散性好，与硫结合良好，易于涂布成锂离子电池电极，制成的锂硫电池循环次数可达500次以上。所涉及的制备方法工艺操作简单，环境友好，且不需要煅烧，能耗低，有产业化前景。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明提出一种锂硫电池正极材料，其包括：含硫正极活性材料、导电添加剂、粘接剂和硫负载体；

其中，所述硫负载体选自多孔碱式金属氧化物、石墨烯-碱式金属氧化物复合物和石墨烯-碱式金属氧化物-硫化钴复合物中至少一种，所述碱式金属氧化物选自锰、镍、钴、钛、钼、铜和锌的碱式金属氧化物，或这些碱式金属氧化物的两种或两种以上氧化物的组合。

优选地，硫负载体为多孔碱式氧化锰、石墨烯-碱式氧化锰复合物或石墨烯-碱式氧化锰-硫化钴复合物。

优选地，多孔碱式氧化锰具有以下至少一种特征：

(I)具有长3±1μm，宽600±100nm的棒状结构；

(II)具有多孔结构，孔径为3～20nm。

优选地，石墨烯-碱式氧化锰复合物具有以下至少一种特征：