[發明專利]一種鋰硫一次電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910190513.6
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN109950519B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 黃國宏;張永光
• 申請（專利權）人: 河源廣工大協同創新研究院
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/48;H01M4/485;H01M4/525
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司 12222
• 代理人: 何德俊

本發明屬于鋰硫電池的技術領域，具體的涉及一種鋰硫一次電池正極材料及其制備方法。該正極材料為α?Fe₂O₃／SnO₂納米材料與S形成的復合材料。將該正極材料應用于鋰硫一次電池，使得鋰硫一次電池具有高的放電容量和卓越的循環穩定性；將化學氣相沉積法和水熱法相結合來制備得到復合異質結構的α?Fe₂O₃/SnO₂/S復合材料，具備高產量與工業可行性等特點，易于實現制備低成本和大規模工業化。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池的技術領域，具體的涉及一種鋰硫一次電池正極材料及其制備方法。

背景技術

在人類社會步入信息化的今天，移動電話、筆記本電腦、個人便攜式終端日益普及，并且迅速朝著輕量化、小型化的方向發展，這對電池的能量密度提出了更高的要求。此外伴隨著其它工業用、民用、醫用、軍用電子產品的大量問世，尤其是空間技術和新型國防裝備如新型衛星、宇宙飛船、大功率激光武器、數字化士兵系統等的研制，對重量輕、體積小、比能量高、比功率高、安全可靠、無污染的一次電池的需求更加迫切。因此研究開發具有高比能量的一次電池體系，具有非常重要的意義。

鋰硫電池由于其極低的成本、極高的比能量和環境友好性在全世界引起了極大的關注，成為最有前景的動力電池之一，其電池體系具有非常高的初始放電比容量，甚至達到理論值，這使得它適合于高比能量一次電池的應用，并且鋰硫電池一經組裝即處于滿電狀態，可直接對負載供電，生產和使用過程都符合一次電池的要求。

目前鋰硫一次電池存在的主要問題之一是“自放電”率偏高，如果將電池在滿電狀態下進行室溫擱置，其開路電壓會在一個月內從2.3V緩慢降至2.15V，容量損失高達30%以上。這是由于鋰硫電池電解液通常使用1,3-二氧戊環與乙二醇二甲醚為溶劑，雙三氟甲基磺酰亞胺鋰溶液作為支持電解質。該電解液對單質硫及多硫化物有一定的溶解性，盡管這一特性有利于硫正極電化學反應的進行，但在鋰硫電池的長期擱置過程中，微溶于電解液中的單質硫會穿過隔膜到達負極側，在金屬鋰表面形成一層以硫化鋰為主要組分的固態電解質界面膜，這層界面膜中的硫化鋰會與單質硫反應生成可溶于電解液的多硫化鋰，從而暴露出新鮮鋰表面繼續與溶液中的單質硫或多硫化物發生反應，同時正極側單質硫不斷溶出，導致電池容量持續損失，開路電壓快速下降。現有鋰硫一次電池正極材料出現了活性物質負載量少及硫活性物質利用率低的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在的缺陷而提供一種鋰硫一次電池正極材料及其制備方法，將該正極材料應用于鋰硫一次電池，使得鋰硫一次電池具有高的放電容量和卓越的循環穩定性；將化學氣相沉積法和水熱法相結合來制備得到復合異質結構的α-Fe₂O₃/SnO₂/S復合材料，具備高產量與工業可行性等特點，易于實現制備低成本和大規模工業化。

本發明的技術方案為：一種鋰硫一次電池正極材料為α-Fe₂O₃／SnO₂納米材料與S形成

的復合材料。

所述α-Fe₂O₃／SnO₂納米材料為復合異質結構。

按照質量比所述α-Fe₂O₃／SnO₂納米材料：S為1：2～4。

所述復合材料通過化學氣相沉積法與水熱法相結合的方法制得。

所述鋰硫一次電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：