[發(fā)明專利]鋰硫電池正極材料、制備方法、正極片及鋰硫電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010228545.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111403714A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂偉;王若琛;鄧亞茜;羅沖;楊全紅;康飛宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院
• 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: 深圳市鼎言知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44311
• 代理人: 曾昭毅;鄭海威

本發(fā)明提供了一種鋰硫電池正極材料，包括導(dǎo)電基底、單質(zhì)硫以及位于所述導(dǎo)電基底表面上的第一催化劑與第二催化劑、所述第一催化劑以及第二催化劑相互接觸。本發(fā)明提供的所述鋰硫電池正極材料能夠降低多硫化物穿梭效應(yīng)。本發(fā)明還提供了一種鋰硫電池正極材料的制備方法以及一種正極片和包括所述正極片的鋰硫電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰硫電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰硫電池正極材料、所述鋰硫電池正極材料的制備方法、正極片及鋰硫電池。

背景技術(shù)

鋰硫電池因其超高的理論比容量(2600wh·Kg^-1)，是新一代最有前景的鋰電池。但是鋰硫電池在充放電過(guò)程中會(huì)生成中間態(tài)，如多硫化物。其中，多硫化物具有穿梭效應(yīng)，即多硫化物易溶于電解液，并隨著電解液穿梭至電池的負(fù)極，導(dǎo)致活性物質(zhì)的流失。多硫化物的穿梭效應(yīng)極大的影響了鋰硫電池的循環(huán)性能，并由此導(dǎo)致鋰硫電池容量的衰減。

為了解決該問(wèn)題，目前一方面是對(duì)碳基材料進(jìn)行改性，例如在表面接入官能團(tuán)或進(jìn)行雜原子摻雜等，加強(qiáng)碳基體對(duì)多硫化物的吸附能力；另一方面是通過(guò)金屬氧化物、硫化物和多硫化物之間形成較強(qiáng)的鍵和作用抑制多硫化物的溶解。然而，上述方法只是簡(jiǎn)單地將硫化物通過(guò)物理或化學(xué)吸附錨定于正極材料，若硫化物未能及時(shí)轉(zhuǎn)化為硫化鋰，則會(huì)導(dǎo)致正極材料表面的活性位點(diǎn)被占據(jù)，因此正極材料上吸附的多硫化物有限，仍然無(wú)法較好地阻止穿梭效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，有必要提供一種能夠降低多硫化物穿梭效應(yīng)的鋰硫電池正極材料。

另，還有必要提供一種所述鋰硫電池正極材料的制備方法。

另，還有必要提供一種包括所述鋰硫電池正極材料的正極片。

另，還有必要提供一種包括所述正極片的鋰硫電池。

本發(fā)明提供一種鋰硫電池正極材料，包括導(dǎo)電基底、單質(zhì)硫以及位于所述導(dǎo)電基底表面上的第一催化劑與第二催化劑、所述第一催化劑以及第二催化劑相互接觸。

本發(fā)明還提供一種鋰硫電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

將導(dǎo)電基底懸浮液與表面活性劑加入到溶劑中，混合后形成第一分散液；

將第一金屬鹽加入到所述第一分散液中，混合并加熱后得到第二分散液；

將第二金屬鹽以及含硫前驅(qū)體加入到所述第二分散液中，混合并加熱后得到第三分散液；

分離所述第三分散液的固相并干燥，得到導(dǎo)電復(fù)合材料；以及

將單質(zhì)硫與所述導(dǎo)電復(fù)合材料混合，從而得到所述鋰硫電池正極材料。

本發(fā)明還提供一種正極片，包括所述的鋰硫電池正極材料，所述正極片還包括集流體、導(dǎo)電劑以及粘結(jié)劑，所述鋰硫電池正極材料涂覆于所述集流體的表面上。

本發(fā)明還提供一種鋰硫電池，包括所述的正極片。

本發(fā)明提供的所述鋰硫電池正極材料可同時(shí)提供強(qiáng)大的化學(xué)吸附作用以及充足的催化活性位點(diǎn)，并誘導(dǎo)多硫化物，即鋰硫電池在循環(huán)過(guò)程中的中間產(chǎn)物在正極材料上均勻沉積。其中，所述第一催化劑和所述第二催化劑對(duì)多硫化物具有化學(xué)吸附作用。同時(shí)，所述鋰硫電池正極材料包括所述第一催化劑和所述第二催化劑，使得所述鋰硫電池正極材料具有雙向催化效應(yīng)。所述第一催化劑和所述第二催化劑可分別促進(jìn)多硫化物發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，降低了多硫化物的穿梭效應(yīng)。此外，所述第一催化劑和所述第二催化劑分別由不同的材料組成，且所述第一催化劑以及第二催化劑相互緊密接觸形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，使得電子在兩者的界面處傳輸，可加速所述鋰硫電池內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例中的鋰硫電池正極材料的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例中的鋰硫電池正極材料的制備方法的流程圖。