[發(fā)明專利]磷酸硅鋁-硫復(fù)合材料及其制備方法、鋰硫電池正極和鋰硫電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911301872.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN111082012A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高圳;梅晶;唐澤勛;鄧多;常敬杭;商士波;張瑛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桑頓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;H01M4/13;H01M10/052
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王闖

本發(fā)明提供一種磷酸硅鋁?硫復(fù)合材料及其制備方法、鋰硫電池正極和鋰硫電池。磷酸硅鋁?硫復(fù)合材料的制備方法：擬薄水鋁石漿液與磷酸溶液混合進(jìn)行反應(yīng)得到第一溶液；將鋁鹽溶液與硅源溶液混合后調(diào)節(jié)pH至堿性，加入第一溶液、環(huán)己胺和氫氟酸得懸濁液，加熱進(jìn)行反應(yīng)，調(diào)節(jié)pH至中性或弱堿性，繼續(xù)反應(yīng)得到磷酸硅鋁模板；將磷酸硅鋁模板與硫?水懸浮液混合，加熱反應(yīng)得復(fù)合材料，將復(fù)合材料熱處理。磷酸硅鋁?硫復(fù)合材料，使用所述的制備方法制得。鋰硫電池正極，使用磷酸硅鋁?硫復(fù)合材料制得。鋰硫電池，包括所述的鋰硫電池正極。本申請(qǐng)?zhí)峁┑牧姿峁桎X?硫復(fù)合材料，能很好解決鋰硫電池體積膨脹問題，能量密度更高，電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性能好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰硫電池領(lǐng)域，尤其涉及一種磷酸硅鋁-硫復(fù)合材料及其制備方法、鋰硫電池正極和鋰硫電池。

背景技術(shù)

近年來，隨著移動(dòng)式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，對(duì)具有高比能量、長(zhǎng)循環(huán)壽命的二次鋰電池的需求急劇增長(zhǎng)。在新的儲(chǔ)能體系中，鋰硫電池的理論比容量高達(dá)2600Wh/kg，并且單質(zhì)硫價(jià)格低廉、環(huán)境友好，是下一代最具有發(fā)展前景的高比能二次電池之一，是目前已知的除鋰氧電池以外的能量密度最高的二次鋰電池體系。

但是鋰硫電池存在著許多的問題，例如多硫化物中間體的“穿梭效應(yīng)”，較低的硫負(fù)載量，大的體積膨脹等問題。

有鑒于此，特提出本申請(qǐng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種磷酸硅鋁-硫復(fù)合材料及其制備方法、鋰硫電池正極和鋰硫電池，以解決上述問題。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明特采用以下技術(shù)方案：

一種磷酸硅鋁-硫復(fù)合材料的制備方法，包括：

擬薄水鋁石漿液與磷酸溶液混合進(jìn)行第一反應(yīng)得到第一溶液；

將包括鋁鹽溶液與硅源溶液在內(nèi)的原料混合后調(diào)節(jié)pH至堿性，然后加入所述第一溶液、環(huán)己胺和氫氟酸得到懸濁液；將所述懸濁液加熱進(jìn)行第二反應(yīng)，然后調(diào)節(jié)pH至中性或堿性，繼續(xù)反應(yīng)得到磷酸硅鋁模板；

將所述磷酸硅鋁模板與硫-水懸浮液混合，加熱進(jìn)行第三反應(yīng)得到復(fù)合材料，將所述復(fù)合材料在惰性氣體保護(hù)下熱處理得到磷酸硅鋁-硫復(fù)合材料。

第一溶液在有機(jī)模板劑環(huán)己胺存在下，通過氫氟酸的腐蝕成孔，完成第二反應(yīng)，調(diào)節(jié)至中性或弱堿性使得產(chǎn)物沉淀析出，得到磷酸硅鋁模板晶體，然后與硫復(fù)合得到復(fù)合材料；熱處理使得復(fù)合材料表面的硫升華，同時(shí)使得材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊湊，得到介孔/大孔的磷酸硅鋁-硫復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述擬薄水鋁石漿液的溶劑為水，所述擬薄水鋁石的質(zhì)量百分比為10％-40％；所述磷酸溶液的溶劑為水，H₃PO₄的質(zhì)量百分比為40％-80％；

優(yōu)選地，所述磷酸溶液中的H₃PO₄與所述擬薄水鋁石漿液中的Al₂O₃的摩爾比為(2.5-6.5)：1；

優(yōu)選地，所述磷酸溶液中的H₃PO₄與所述鋁鹽溶液中的鋁元素、所述硅源溶液中的硅元素、所述硫-水懸浮液中的硫元素、所述環(huán)己胺、所述氫氟酸中的HF的摩爾比為1：(10-30)：(50-100)：(5-25)：(0.1-0.3)：(0.2-0.5)；

優(yōu)選地，所述第一反應(yīng)的反應(yīng)溫度為40-100℃，反應(yīng)時(shí)間為10-50h。