[發明專利]一種鋰硫電池復合正極材料及其制備方法及鋰硫電池應用

有效

• 申請號: 201710210374.X
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN108666537B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 劉晉;李劼;張智;林月
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

1.一種鋰硫電池復合正極材料，其特征在于：由包括單質硫、金屬-非金屬元素共摻雜導電石墨化碳材料和導鋰聚合物在內的原料復合而成；所述金屬-非金屬元素共摻雜石墨化碳材料中，摻雜的非金屬元素為磷、氮、氟、硼、硫或氯中至少一種，摻雜的金屬元素為Fe、Co、Ni、Mn、Al、Ti或Mo中至少一種；

所述金屬-非金屬元素共摻雜導電石墨化碳材料通過如下方法制備得到：將碳源與金屬源、非金屬源在堿性溶液中混合，干燥后，置于500～1000℃溫度下碳化處理，碳化產物經過酸液中和，即得；

所述碳源為棉花莖稈、荷葉莖稈、水稻莖稈、高粱莖稈、水葫蘆莖稈或甘蔗莖稈中至少一種；

碳源中碳元素、金屬源中金屬元素、非金屬源中非金屬元素及堿性溶液中OH^-的摩爾數比為1:(0.06～1):(0.1～1):(0.64～3)；

所述金屬源為水溶性鎳鹽、水溶性鈷鹽、水溶性鐵鹽、水溶性錳鹽、水溶性鋁鹽、水溶性鈦鹽或水溶性鉬鹽中至少一種。

2.根據權利要求1所述的鋰硫電池復合正極材料，其特征在于：

所述非金屬源為水溶性含磷化合物、水溶性含氮化合物、水溶性含氟化合物、水溶性含硼化合物、水溶性含硫化合物或水溶性含氯化合物中至少一種。

3.根據權利要求1所述的鋰硫電池復合正極材料，其特征在于：所述碳化處理的時間為1h～20h。

4.根據權利要求1～3任一項所述的鋰硫電池復合正極材料，其特征在于：由以下質量份組分組成：單質硫50～80份，金屬-非金屬元素共摻雜石墨化碳材料10～40份，導鋰聚合物≤20份。

5.根據權利要求4所述的鋰硫電池復合正極材料，其特征在于：

所述單質硫為納米單質硫；

所述導鋰聚合物為聚氧乙烯類、聚丙烯腈類、聚偏二氟乙烯類、聚碳酸酯類、聚硅氧烷類或聚合物單離子導體類中的至少一種。

6.權利要求1～5任一項所述的鋰硫電池復合正極材料的制備方法，其特征在于：將金屬-非金屬共摻雜導電石墨化碳材料、導鋰聚合物與溶有單質硫的溶液攪拌混合后，通過揮發溶劑，再于155～250℃熱處理，即得。

7.根據權利要求6所述的鋰硫電池復合正極材料的制備方法，其特征在于：揮發溶劑過程的溫度為50～70℃。

8.一種鋰硫電池，其特征在于：包括由權利要求1～5任一項所述鋰硫電池復合正極材料制得的正極、聚合物固體電解質膜和/或無機固體電解質和/或液態電解質以及金屬鋰負極。