[發(fā)明專利]鋰硫電池復(fù)合正極材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710835057.7
• 申請(qǐng)日: 2017-09-15
• 公開（公告）號(hào): CN107768617A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐輝;陳國(guó)華;覃旭松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳啟辰新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司44104
• 代理人: 周克佑

鋰硫電池復(fù)合正極材料及其制備方法。本發(fā)明公開了核殼結(jié)構(gòu)聚合物層包覆硫碳的復(fù)合材料及其制備方法，復(fù)合材料為在硫碳復(fù)合物的核外，包裹有導(dǎo)電聚合物膜層的殼；制備方法是首先通過(guò)熔融鹽法制備硫碳(SC)復(fù)合物，再通過(guò)低溫球磨粉碎來(lái)達(dá)到理想粒徑(6微米～10微米)；其次是采用工藝優(yōu)化后的傳統(tǒng)法制備出二氧化硅包覆硫碳(SiO₂@SC)復(fù)合物；然后通過(guò)低溫化學(xué)氣相沉積，完成導(dǎo)電聚合物包覆SiO2@SC復(fù)合物的制備；最后通過(guò)刻蝕及活化法制備出具有核殼結(jié)構(gòu)聚合物包覆硫碳的復(fù)合材料。本發(fā)明的復(fù)合材料放電比容量大，庫(kù)倫效率高和循環(huán)性能好，且具有較高的體積能量密度和質(zhì)量能量密度，在移動(dòng)通訊、便攜式電子設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、無(wú)人機(jī)、無(wú)人船及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高能量密度、高比容量、高庫(kù)倫效率和長(zhǎng)循環(huán)壽命的具有核殼結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物包覆硫碳的鋰硫電池復(fù)合正極材料。本發(fā)明還涉及所述正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著移動(dòng)通訊、便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能設(shè)備等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)電池的性能，特別是比容量、能量密度、循環(huán)壽命和倍率性能等，提出了越來(lái)越高的要求。因此，開發(fā)具有高性能、低成本和環(huán)境友好的新型鋰離子二次電池具有非常重要的戰(zhàn)略意義。正極材料的性能和價(jià)格等是制約鋰離子電池進(jìn)一步向高能量密度、長(zhǎng)壽命和低成本發(fā)展的瓶頸。例如現(xiàn)有的LiFePO₄，LiMn₂O₄及三元材料等正極材料，由于受其較低理論容量的限制，其比容量、能量密度的提升空間非常有限。因此，高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和低成本的新型鋰離子電池正極材料的研究與開發(fā)是鋰離子電池技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。單質(zhì)硫具有較高的理論比容量(1675mAh/g)和較高的理論比能量(2600Wh/kg)、儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，有望成為高比能量鋰離子電池優(yōu)良的正極材料。然而，單質(zhì)硫本身的導(dǎo)電性差(在常溫25攝氏度下，導(dǎo)電率僅為5×10^-30S/cm)，且在充放電過(guò)程中與鋰離子形成的多硫化物易溶于有機(jī)電解液中，導(dǎo)致了以單質(zhì)硫?yàn)檎龢O構(gòu)筑的鋰硫電池循環(huán)性能差、比容量低、倍率性能差等缺點(diǎn)，從而制約了鋰硫電池的進(jìn)一步市場(chǎng)化。目前，已有許多國(guó)內(nèi)外的科研工作者利用各種方法改善硫電極的電化學(xué)性能，例如采用碳材料和氧化物材料以提高硫正極復(fù)合材料的導(dǎo)電性能和循環(huán)性能。其中，碳材料包括各種孔結(jié)構(gòu)的活性炭，碳管，碳纖維，石墨烯，氧化石墨烯等；氧化物材料包括氧化鈷，氧化鈦，氧化硅，氧化錳等。這些碳材料和氧化物材料的應(yīng)用，使得硫正極復(fù)合材料的某些方面性能得到了改善，例如比容量、倍率性能、循環(huán)性能等，但往往忽視了對(duì)于高庫(kù)倫效率的要求，而庫(kù)倫效率作為工業(yè)化生產(chǎn)的鋰硫電池尤為重要，其原因在于低的庫(kù)倫效率將快速的消耗電解液中的鋰鹽及腐蝕鋰負(fù)極，從而致使電池容量的快速衰減；硫正極的顆粒一般在納米及亞微米尺寸，這種尺度材料雖然提高了硫電池的比容量和倍率性能，但是因其較大的比表面積卻增加了電解液的使用量，降低了電池整體的質(zhì)量能量密度；顆粒尺寸過(guò)小導(dǎo)致材料的壓實(shí)密度低，也會(huì)影響電池的體積能量密度。綜上所述，將大大地降低鋰硫電池的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，在改善了鋰硫電池的比容量、倍率性能和循環(huán)性能的前提下，如何提高和保持鋰硫電池的高庫(kù)倫效率和高壓實(shí)密度(顆粒尺寸)將對(duì)其工業(yè)化應(yīng)用發(fā)展具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，就是提供一種鋰硫電池復(fù)合正極材料。

本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，就是提供上述正極材料的制備方法。

采用本發(fā)明的制備方法制備的具有核殼結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物包覆硫碳的鋰硫電池復(fù)合正極材料，具有高能量密度、高比容量、高庫(kù)倫效率和長(zhǎng)循環(huán)壽命，

解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種鋰硫電池復(fù)合正極材料，其特征是：在硫碳復(fù)合物的核外，包裹有導(dǎo)電聚合物膜層的殼。

解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種如上所述正極材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：