[發明專利]一種鋰硫-鋰離子雜化電池和鋰硫-鋰離子雜化電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710454441.2
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN109088043A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 劉晉;李劼;杜英;蘆玉斌;吳秀鋒
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

1.一種鋰硫-鋰離子雜化電池正極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)含導電材料、鋰源和金屬源的有機分散液，置于密閉容器內，在50℃～250℃溫度下進行溶劑熱反應，反應結束后，蒸干溶劑，得到產物I；

所述導電材料包括科琴炭黑、Super P、乙炔黑、石墨烯、碳納米管、碳納米纖維中至少一種；

所述金屬源為含Ti、Fe、Co、Ni、Mn、V、Al中至少一種的金屬鹽類；

2)所述產物I在300～1200℃溫度下焙燒，得到產物II；

3)所得產物II與單質硫經過研磨混合后，置于保護氣氛下，在130～200℃溫度下熱處理，即得。

2.根據權利要求1所述的鋰硫-鋰離子雜化電池正極材料的制備方法，其特征在于：

所述鋰源中鋰與所述金屬源中Ti、Fe、Co、Ni、Mn、V和Al的總摩爾比為2:1～1:1.25；

所述導電材料的添加量以鋰硫-鋰離子雜化電池正極材料質量的1％～50％計量；所述單質硫占產物II和單質硫總質量的0.1％～99.9％。

3.根據權利要求2所述的鋰硫-鋰離子雜化電池正極材料的制備方法，其特征在于：

所述鋰源包括氫氧化鋰、碳酸鋰、醋酸鋰、硝酸鋰中至少一種；

所述金屬源包括鈦酸丁酯、四氯化鈦、硫酸鈦、硫酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鈷、硝酸鈷、氯化鈷、硫酸錳、硝酸錳、氯化錳、硝酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、醋酸亞鐵、釩酸鈣、釩酸鎂、釩酸鐵、釩酸錳、五氧化二釩中至少一種。

4.根據權利要求1～3任一項所述的鋰硫-鋰離子雜化電池正極材料的制備方法，其特征在于：

所述溶劑熱反應的時間為2～30h；

所述焙燒的時間為1～10h；

所述熱處理時間為2～30h。

5.一種鋰硫-鋰離子雜化電池正極材料，其特征在于：由權利要求1～4任一項所述方法制備得到。

6.根據權利要求5所述的鋰硫-鋰離子雜化電池正極材料，其特征在于：由包括鋰離子正極材料、單質硫和導電材料在內的原料復合而成；

所述鋰離子正極材料包括Li₄Ti₅O₁₂、LiFePO₄、LiMn₂O₄、LiNi_xCo_yMn_zO₂、nLi₂MO₃(1-n)LiMO₂中的至少一種；其中，nLi₂MO₃(1-n)LiMO₂中M為Ni、Co、Fe、Al或Ni_1/2Mn_1/2，n＝0～1；x+y+z＝1，且x＝0～1，y＝0～1，z＝0～1；

所述導電材料為科琴炭黑、Super P、乙炔黑、石墨烯、碳納米管、碳納米纖維、中至少一種。

7.根據權利要求6所述的鋰硫-鋰離子雜化電池正極材料，其特征在于：所述單質硫和所述鋰離子正極材料的質量比為0.1:99.9～99.9:0.1；所述導電材料占鋰硫-鋰離子雜化電池正極材料總質量的1％～50％。

8.一種鋰硫-鋰離子雜化電池，包括正極、電解質和負極，其特征在于：充放電電壓范圍為1～4.2V；所述正極包含權利要求5～7任一項所述的鋰硫-鋰離子雜化電池正極材料。