[發(fā)明專利]一種鋰硫電池復(fù)合正極片及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610018750.0
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105489892B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊書廷;田栓寶;李繼剛;岳紅云;董紅玉;尹艷紅
• 申請（專利權(quán)）人: 河南師范大學(xué);河南鋰動電源有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/133;H01M4/1393;H01M10/052;H01M4/38
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

本發(fā)明涉及一種鋰硫電池復(fù)合正極片及其制備方法，屬于鋰硫電池技術(shù)領(lǐng)域。該鋰硫電池復(fù)合正極片，包括正極片，所述正極片是由正極集流體以及覆在正極集流體上的碳硫復(fù)合材料層構(gòu)成的，所述碳硫復(fù)合材料層表面覆有多孔碳層，所述多孔碳層的厚度為0.025?3μm。采用本發(fā)明的復(fù)合正極片制備的鋰硫電池150次循環(huán)放電后的容量保持率最高達(dá)到87.0％，循環(huán)效率接近100％，大大提高了鋰硫電池的循環(huán)穩(wěn)定性及充放電效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰硫電池復(fù)合正極片及其制備方法，屬于鋰硫電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，鋰離子電池已經(jīng)發(fā)展到了非常成熟的地步，但是隨著鋰離子電池應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，人們對鋰離子電池的能量密度提出了越來越高的要求。而目前使用的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰等，其理論比容量較低，不能滿足對鋰離子電池高能量密度的要求。而且，在實(shí)際的研究應(yīng)用中，現(xiàn)有的正極材料的實(shí)際比容量已經(jīng)接近于其理論比容量，提升空間非常有限。鑒于此，新型的高比能量密度的正極材料的研發(fā)和應(yīng)用顯得意義重大。

單質(zhì)硫作為鋰離子電池正極材料，理論比容量達(dá)到1675mAh/g，其比容量是現(xiàn)有的正極材料的8-10倍，是當(dāng)前已知的比容量最高的正極材料。而且，硫的來源豐富，價格低廉，具有較大的優(yōu)勢。以硫作為正極的鋰硫電池的工作電壓為2.3V，能夠滿足多種場合的應(yīng)用需求。

目前，制約鋰硫電池大范圍應(yīng)用的主要問題是其循環(huán)穩(wěn)定性差、容量衰減快、充放電效率低。大量研究表明，造成鋰硫電池上述問題的主要原因是硫的放電中間產(chǎn)物溶于電解液導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)形貌的破壞。在放電的過程中，單質(zhì)硫被還原生成可溶于電解液的多硫化物，多硫化物陰離子在電場力驅(qū)動下，擴(kuò)散到負(fù)極表面并與鋰發(fā)生反應(yīng)，變成低價的可溶多硫化物，充電過程中，低價多硫化物再擴(kuò)散到正極表面重新變成高價多硫化物。以上過程循環(huán)往復(fù)產(chǎn)生所謂的“穿梭效應(yīng)”，導(dǎo)致活性硫的不可逆容量損失，并直接導(dǎo)致了鋰硫電池的充放電效率降低。隨著鋰硫電池循環(huán)的進(jìn)行，可溶性多硫化物會最終被還原成導(dǎo)電性極差且不溶于電解液的Li₂S，并逐漸沉積到正極表面，使得硫正極的導(dǎo)電性及電化學(xué)反應(yīng)活性變差，進(jìn)而導(dǎo)致其循環(huán)穩(wěn)定性不斷惡化。

為了在鋰硫電池充放電過程中抑制多硫化物在電解液中的溶解，一般采用對正極表面進(jìn)行包覆的方式，如在正極表面包覆導(dǎo)電聚合物(聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等)，或者采用具有較強(qiáng)吸附能力的多孔插層(碳纖維布、泡沫鎳、碳化的聚合物等)置于隔膜與正極之間，或者在正極中添加吸附能力較強(qiáng)的添加劑(納米的氧化鑭、二氧化硅等)。這些方法對抑制多硫化物溶于電解液有一定的效果，但是其過程工藝復(fù)雜、成本較高，有的還降低了電極的導(dǎo)電性及電極反應(yīng)的電化學(xué)活性，對鋰硫電池循環(huán)穩(wěn)定性的改善有限。