[發(fā)明專利]鋰硫電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811501350.0
• 申請日: 2018-12-10
• 公開（公告）號: CN109616649B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設計）人: 肖宏;張志強;李國輝;朱順成;侯強
• 申請（專利權）人: 湖南泰和美新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/052;C01B32/20
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 伍傳松

本發(fā)明提供了鋰硫電池正極材料，包括基體層，位于所述基體層中的芯層，包覆所述基體層的第一包覆層，以及包覆所述第一包覆層的第二包覆層，其中，基體層為介孔二氧化鈦層，所述芯層為硫單質層，所述第一包覆層為三氧化鎢層，所述第二包覆層為石墨顆粒層。本發(fā)明所提供的鋰硫電池正極復合材料，在介孔二氧化鈦層外分別包覆三氧化鎢層和石墨顆粒層，可以同時利用介孔二氧化鈦的一維管道的物理限制作用和化學成分的吸附作用，解決了現有技術中，鋰硫電池硫正極充放電過程中生成的中間產物多硫離子的穿梭效應問題，采用本發(fā)明的方法制備得到的鋰硫電池正極復合材料，在0.1C倍率下首次放電比容量為759mAh/g，經過100次循環(huán)后，循環(huán)保持率高達71.5％。

技術領域

本發(fā)明屬于電池材料技術領域，具體涉及鋰硫電池正極材料及其制備方法。

背景技術

隨著新能源汽車和移動電子設備的飛速發(fā)展，迫切需要能量密度更高的電池。在新能源體系中，鋰硫電池以其高理論比能量(2600W·h/kg)、單質硫廉價和環(huán)境友好等特性，成為下一代最具發(fā)展?jié)摿Φ亩坞姵伢w系之一。

典型的鋰硫電池一般采用單質硫作為正極，金屬鋰片作為負極。然而，鋰硫電池正極中間產物多硫化鋰存在穿梭效應，即在充放電過程中，正極產生的多硫化物(Li₂Sx)中間體溶解到電解液中，并穿過隔膜，向負極擴散，與負極的金屬鋰直接發(fā)生反應，最終造成了電池中有效物質的不可逆損失，電池壽命的衰減，以及低的庫倫效率，阻礙了鋰硫電池的商業(yè)化。

發(fā)明內容

為解決現有技術中，鋰硫電池中硫正極中間產物多硫化鋰的穿梭效應問題，本發(fā)明的目的之一是提供一種鋰硫電池正極材料。

本發(fā)明的目的之二是提供上述鋰硫電池正極材料的制備方法。

為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

鋰硫電池正極材料，包括基體層，位于所述基體層中的芯層，包覆所述基體層的第一包覆層，以及包覆所述第一包覆層的第二包覆層；

所述基體層為介孔二氧化鈦層，所述芯層為硫單質層，所述第一包覆層為三氧化鎢層，所述第二包覆層為石墨顆粒層。

優(yōu)選地，所述石墨顆粒的粒徑小于50nm。

上述鋰硫電池正極材料的制備方法，步驟包括：

(1)將所述介孔二氧化鈦和三氧化鎢分散在溶劑中，超聲震蕩后靜置；

(2)干燥步驟(1)所得產物，加入所述石墨顆粒后混勻得半成品；

(3)烘干步驟(2)所得半成品，加入升華硫粉混勻后，置于管式爐中，惰性氣體下，200℃保溫，即得所述鋰硫電池正極材料。

優(yōu)選地，步驟(1)所述二氧化鈦和三氧化鎢的質量比為1：(5～10)。

優(yōu)選地，步驟(1)所述的溶劑為十二烷基硫酸鈉。

優(yōu)選地，步驟(1)所述超聲震蕩的時間為24～48h。

優(yōu)選地，步驟(2)所述干燥的標準為產物中含水量為20～35％。

優(yōu)選地，步驟(3)所述半成品與升華硫粉的質量比為1：(15～20)。

優(yōu)選地，步驟(3)所述保溫的時間為24～36h。

優(yōu)選地，步驟(3)所述惰性氣體為氬氣。

本發(fā)明的有益效果

1、本發(fā)明所提供的鋰硫電池正極材料，在介孔二氧化鈦層外分別包覆三氧化鎢層和石墨顆粒層，可以同時利用介孔二氧化鈦的一維管道的物理限制作用和化學成分的吸附作用，解決了現有技術中，鋰硫電池硫正極充放電過程中生成的中間產物多硫離子的穿梭效應問題；