[發明專利]一種鋰硫電池正極材料及制備方法、鋰硫電池

有效

• 申請號: 201810340218.X
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108550813B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 呂偉;陳亞煒;牛樹章;游從輝;楊全紅;康飛宇
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M10/38
• 代理公司: 廣東德而賽律師事務所 44322
• 代理人: 葉秀進

本發明公開了一種鋰硫電池正極材料及制備方法、鋰硫電池，屬于鋰電池技術領域。其中所述制備方法為首先將二氧化鉬前驅體溶液與介孔碳混合形成介孔碳/二氧化鉬前驅體混合物，然后將前驅體混合物置于管式爐中，在Ar?H₂混合氣體的氛圍下煅燒處理形成介孔碳/二氧化鉬復合材料，再與單質硫S混合，熱處理得到介孔碳/二氧化鉬/硫復合材料；本發明同時提供了基于該復合材料的鋰硫電池，該電池表現出優異的循環穩定性和良好的倍率性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，具體涉及鋰硫電池正極材料及制備方法、鋰硫電池；

背景技術

鋰硫電池作為一種新型二次電池，因具有容量高(理論比容量為1675mAh/g)、成本低、單質硫S來源廣、無毒等優點，受到研究人員的高度重視，有希望成為下一代高比能量的二次電池體系。

但是，在實際應用過程中鋰硫電池面臨諸多問題，主要為以下兩方面：(1)活性物質硫及中間產物多硫化物均是絕緣體(硫的電導率為5×10^-30S·cm^-1)，幾乎不導電，且極化嚴重，會影響電池的整體性能；(2)單質硫S在充放電過程中形成的中間態多硫化物易溶解在液態電解質中，并隨著電解質的擴散從正極材料中擴散至負極引發不必要的副反應，稱為“穿梭效應”，而“穿梭效應”會導致活性物質硫的損失，使得鋰硫電池的整體性能普遍較低。

針對以上問題，目前的解決方法大多采用多孔碳材料與單質硫S復合，以增加電極的導電性，并通過多孔碳材料對多硫化物的物理吸附作用防止“穿梭效應”，但是，實際應用中多孔碳材料對多硫化物的物理吸附作用較弱，無法有效抑制“穿梭效應”。另有研究采用過渡金屬氧化物抑制多硫化物的“穿梭效應”，因為過渡金屬氧化物與多硫化物之間的化學吸附作用比物理吸附作用強。但是，過渡金屬氧化物本身導電性較低，無法使鋰硫電池在稍高倍率下也能表現出高性能；因此，如何結合多孔碳材料和金屬氧化物的優點制備出一種性能優異的鋰硫電池正極材料是目前最需要解決的問題。

發明內容

基于現有技術存在的技術缺陷，本發明的目的之一在于提供一種鋰硫電池正極材料的制備方法，該方法制備工藝簡單，成本低廉，易于實現規模化生產。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種鋰硫電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、將介孔碳材料、二氧化鉬前驅體均勻混合于去離子水中，過濾，干燥，得到混合物前驅體；

步驟二、將得到的混合物前驅體置于管式爐中，在Ar-H₂混合氣體的氛圍下，500～700℃高溫煅燒，得到介孔碳/二氧化鉬復合材料；

步驟三、將得到的介孔碳/二氧化鉬復合材料與單質硫S按照重量份比為(2～9)：(10～15)通過研磨或球磨混合，然后在Ar-H₂混合氣體的氛圍下進行熱處理，得到介孔碳/二氧化鉬/硫復合材料。

優選地，步驟一中所述介孔碳、二氧化鉬前驅體、去離子水的重量份比為(5～30)：(1～5)：(1500～2000)，進一步優選為(5～10)：(2～4)：(1500～1700)。

本發明研究發現，復合材料中如果MoO₂的用量過多，則會影響復合材料的整體電導率，若用量過少，則無法起到防止多硫化物遷移及催化作用。

優選地，所述步驟一中在二氧化鉬前驅體和介孔碳混合的過程中還加入了乙醇，所述步驟一的具體過程為首先將二氧化鉬前驅體加入去離子水中，邊攪拌邊加入無水乙醇，形成均一的溶液，接著向溶液中加入介孔碳，超聲使其均勻混合后，抽濾，干燥，得到混合物前驅體；此過程加入乙醇的目的是為了提高二氧化鉬前驅體的表面能，使其更均勻地吸附在介孔碳表面。

優選地，步驟一中所述干燥在烘箱中進行，烘干溫度為60～90℃，烘干時間為12～24h；