[發明專利]一種鋰硫電池正極載硫材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201710464466.0
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107437624B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 徐立強;侯雅萍
• 申請（專利權）人: 山東大學深圳研究院
• 主分類號: H01M4/64
• 分類號: H01M4/64;H01M4/66;H01M4/38;H01M10/052
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

本發明涉及一種鋰硫電池正極載硫材料及其制備方法與應用，該載硫材料包括介孔氟化鈣和介孔氟化鎂的混合物，介孔氟化鈣和介孔氟化鎂的摩爾比為1：（1?1.5），且所述的介孔孔徑范圍為1?7 nm，比表面積為（140?160）m² g^?1。本發明以植物根莖為原料，原料來源廣泛，成本低，鋰硫電池載硫材料制備過程簡單。本發明的鋰硫電池載硫材料的氟化物為介孔結構，且氟化鈣和氟化鎂在載硫材料中均勻分布，更有利于對多硫化物溶解的抑制作用。

技術領域

本發明涉及一種鋰硫電池正極載硫材料及其制備方法與應用，屬于電池材料技術領域。

背景技術

隨著科學技術的不斷發展，尤其是手機、筆記本電腦、數碼照相機等便攜式電子設備的涌現，以及航天設備、電動汽車等大型交通運輸設備的出現對化學電源提出了更高的要求，化學電源正朝著體積小、質量輕、使用壽命長、比容量高等方向發展。在這種時代背景下鋰硫電池應運而生。硫是地球上含量極其豐富的元素之一，在生產和和生活的各方面都有著廣泛的應用。此外，硫的開路電壓大約為2.1 V，理論容量為1675 mA h g^-1，且對環境無污染，相比于其他電池正極材料來說，硫更加安全和廉價，因此，在商業化應用中更加具有前景。

但是在鋰硫電池的實際應用中仍然存在著很多亟待解決的問題, 其中最重要的就是充放電過程中多硫化鋰的溶解和擴散，即“穿梭效應”。在電池的循環過程中，會產生種類繁多的多硫化鋰中間產物，這些中間產物在有機電解液中極易溶解和擴散，多硫化鋰的溶解會導致活性材料不可逆損失, 使容量逐漸衰減，充放電效率也隨之降低。

極性載硫材料的最大特點是具有極性，能與極性的多硫化鋰相互作用，從而增強載體對多硫化鋰的固定作用，抑制多硫化物的溶解。因此，產生了很多通過有效極性正極材料來提高鋰電池性能的研究。例如：Xiaoyu Liu等人用化學沉積的方法制備了CaF₂包覆的富鋰金屬氧化物(Xiaoyu Liu, et al. CaF₂-coated Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ as cathodematerials for Li-ion batteries. Electrochimica Acta 2013, 109, 52–58.)；ShuweiSun等人將MgF₂包覆的富鋰層狀材料用作鋰離子電池正極(Shuwei Sun, et al. Surface-modified Li[Li_0.2Ni_0.17Co_0.07Mn_0.56]O₂ nanoparticles with MgF₂ as cathode for Li-ion battery. Solid State Ionics 2015, 278, 85–90.)。但是，這些氟化物均為無定型結構且無孔結構，無法提供一定空間將硫全部或部分負載進自身孔徑中來緩解硫在電池充放電過程中因體積膨脹而造成的電極結構破壞。而且上述氟化物還沒有應用于鋰硫電池中。