[發明專利]一種正極材料及其制備方法、鋰硫電池

在審

• 申請號: 201811156935.3
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109360956A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 霍曉梅;苗力孝;石朝輝;柯菲
• 申請（專利權）人: 桑德集團有限公司;桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 齊勝杰

本發明公開了一種正極材料及其制備方法、鋰硫電池。本發明公開的正極材料包括：含孔的C₃N_4?x，其中，0<x<4；以及負載于C₃N_4?x的硫。根據本發明的正極材料的制備方法，包括步驟：S1：將含孔的C₃N₄與Mg混合，加熱反應一定時間后得到含孔的C₃N_4?x，其中，0<x<4；S2：在含孔的C₃N_4?x中負載硫，得到正極材料。本發明提供的正極材料，一方面由于C₃N_4?x中含有氮，其對多硫鋰化物具有良好的吸附性能；另一方面，由于C₃N_4?x中氮含量相對C₃N₄較低，相對于C₃N₄提高了本征電導率，因此將該正極材料用于鋰硫電池時，可以提高鋰硫電池的循環穩定性。

技術領域

本發明涉及電池領域，尤其涉及一種正極材料及其制備方法、鋰硫電池。

背景技術

鋰離子電池在能量儲存中占據主導地位，由于其相對成熟的制備過程及較高的穩定性成為了現代生活中不可或缺的一部分。由于鋰離子電池的正極與負極容量不匹配導致傳統的鋰離子電池理論密度受限，從而限制了其在混合動力電車及大型智能電網中的應用。此外成本高、毒性大和不安全等因素也阻礙了其進一步的發展。

鋰硫電池作為新一代的電池由于具有較好的理論能量密度引起了越來越多研究者的關注。此外，由于硫元素的低成本、環保以及資源含量高使其更適合做電極材料。但是，在循環過程中，鋰硫電池中硫正極的體積形變率高達22％，可能使硫正極內部產生微裂紋，加劇鋰硫電池的容量衰減。

目前，負載硫的基體材料一般選用三維多孔碳材料、石墨烯及其衍生物。然而現有的基體材料中存在以下缺陷：(1)孔隙率低，儲硫能力較弱，導致鋰硫電池的循環穩定性較差；(2)三維多孔碳材料、石墨烯及其衍生物等碳材料，吸附鋰硫電池在充電過程中產生的多硫鋰化物的能力較弱，仍會有較多的多硫鋰化物溶解于電解液中，使鋰硫電池的循環穩定性降低。

其中，一般采用C₃N₄這種碳氮材料作為負載硫的基體材料，其中含有的N元素可以吸附多硫鋰化物，但由于其氮含量相對較高，導致其本征導電率降低，從而會降低鋰硫電池的循環穩定性。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術的上述問題，本發明提供一種正極材料及其制備方法，本發明的正極材料包括含孔的C₃N_4-x，其中，0<x<4；以及負載于 C₃N_4-x的硫，由于C₃N_4-x中氮含量降低，相對于C₃N₄提高了本征電導率，因此將該正極材料用于鋰硫電池時，可以提高其循環穩定性。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：

根據本發明的一方面，提供了一種正極材料，正極材料包括：含孔的C₃N_4-x，其中，0<x<4；以及

負載于所述C₃N_4-x的硫。

根據本發明正極材料的一種實施方式，所述含孔的C₃N_4-x的孔隙率為20～30m²/g。

根據本發明的另一方面，提供了一種正極材料的制備方法，包括步驟：