[发明专利]一种锂硫电池正极材料、锂硫电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种锂硫电池正极材料的制备方法，将O‑Tisubgt;3‑y/subgt;Nbsubgt;y/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;和S以质量比7:3混合均匀，然后加入高压反应釜中，150‑160℃反应10‑15h，即得；所述O‑Tisubgt;3‑y/subgt;Nbsubgt;y/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;的制备方法：采用氟盐和盐酸溶液的混合液对Tisubgt;3‑y/subgt;Nbsubgt;y/subgt;AlCsubgt;2/subgt;进行刻蚀，结束后洗涤、干燥，得到Tisubgt;3‑y/subgt;Nbsubgt;y/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;，将其分散在无水乙醇中，80℃保温处理12h，离心、干燥后即得。本发明还公开了一种锂硫电池，包括锂硫电池正极极片、金属锂负极极片、锂硫电解液和改性隔膜。与现有技术相比，本发明通过对正极材料以及隔膜进行修饰，可有效抑制锂硫电池中多硫化物的穿梭效应，改善了锂硫电池的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池正极材料、锂硫电池及制备方法，属于锂硫电池技术领域。

背景技术

随着全球能源和环境危机的不断加剧，寻求替代化石燃料的可再生能源成为燃眉之急。然而，风能和太阳能等清洁可再生能源本身的间断性需要与之配套的先进的能量存储系统，这种能量储存系统应当能够有效收集可再生能源并且按需释放能量。电池作为储存和释放能量的有效中介，在这些领域可以发挥关键作用。锂硫电池凭借其远高于锂离子电池的理论比容量(1675mAh/g)与能量密度(2600Wh/kg)、低污染、硫材料价格的廉价易得等特点，是一种极具前景的高性能储能电池，但锂硫电池在应用中存在着自身容量衰减快、库伦效率低以及寿命短的缺陷，这主要归因于硫正极电导率低、多硫化物穿过隔膜造成活性材料不可逆的损失，即“穿梭效应”，在充放电过程中由于S与Li₂S相互转化过程中体积变化以及锂离子在阳极侧不可控的枝晶生长导致枝晶刺穿隔膜，进而导致电池短路。基于以上原因，锂硫电池难以投入大规模的商业化生产。

针对上述问题，研究者做了大量的研究，主要分为2类：(1)改性正极：利用物理限制或者化学限制的方式对多硫化物进行锚定。一方面可以将升华硫复合到碳结构中，复合结构具有微小的孔隙，起到限制多硫化锂穿梭效应的作用。另一方面，可以使用过渡金属氧化物、硫化物、金属有机框架等极性化合物作为正极材料，与多硫化物形成强的偶极-偶极作用，对多硫化物的穿梭效应起到化学限制的作用；(2)改性隔膜：通过在隔膜上涂覆过渡金属氧化物、硫化物、金属有机框架等极性化合物，通过该涂层限制多硫化物的穿梭效应，提高锂硫电池的比容量和库伦效率，从而提高对硫的利用率。但是，涂覆层材料的选择对多硫化物的穿梭效应有着直接的影响，选择不恰当的材料多提高电池的比容量和库伦效率作用有限。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种锂硫电池正极材料，该正极材料能够有效抑制多硫化物的穿梭效应。

本发明的第二目的在于提供一种含有上述正极材料的锂硫电池正极极片。

本发明的第三目的在于提供一种含有上述正极极片的锂硫电池，该锂硫电池具有良好的循环性能和倍率性能，能够有效提高硫的利用率。

技术方案

一种锂硫电池正极材料的制备方法：将O-Ti_3-yNb_yC₂T_x和S以质量比7:3混合均匀，然后加入到高压反应釜中，于150-160℃反应10-15h，即得；

所述O-Ti_3-yNb_yC₂T_x中，0x2，0≤y3；