[發(fā)明專利]鋰硫電池正極材料、其制備方法及鋰硫電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010376476.0
• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN111540895B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 閆銀賢;彭祖鈴;許博偉
• 申請（專利權）人: 中創(chuàng)新航技術研究院（江蘇）有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052;C01B32/70;C01G23/00;C01G25/00
• 代理公司: 北京律智知識產(chǎn)權代理有限公司 11438
• 代理人: 李華;崔香丹

本發(fā)明公開一種鋰硫電池正極材料，所述正極材料包括核?殼結構粒子，所述核?殼結構粒子為含硫正極材料和包覆所述含硫正極材料的壓電材料包覆層；且所述核?殼結構粒子為球形。還公開該正極材料的制備方法及包含該正極材料的鋰硫電池。本發(fā)明的正極材料，由于被包覆內(nèi)核為“球形”，內(nèi)核在放電過程膨脹擠壓外部包覆層激壓電特性，受擠壓的內(nèi)包覆層內(nèi)表面產(chǎn)生均勻的正電荷層，同時形成與球體內(nèi)徑方向平行的電場，從而引導多硫離子沿球體徑向向球心處逐層均勻沉積，在包覆層內(nèi)部形成連續(xù)放電產(chǎn)物Li₂S。該均勻沉積、分布在導電載體上的Li₂S在放電過程中可以有效向S單質轉化，有利于電池放電比容量和循環(huán)壽命的提升。

技術領域

本發(fā)明屬于化學電源領域，具體設計鋰硫電池正極材料、其制備方法及鋰硫電池。

背景技術

鋰硫電池在充放電過程中會不斷經(jīng)歷化學-電化學反應，這種溶解-沉積機制不僅導致了嚴重的穿梭效應，Li₂S的不均勻沉積的緩慢動力學極大地降低了鋰硫電池的容量和循環(huán)壽命。現(xiàn)有技術主要通過包覆過渡金屬氧化物、高分子導電聚合物及雙碳層包覆、摻雜過渡金屬氧化物等技術手段來抑制多硫化物的穿梭，一方面這些限于包覆層物理吸附及少量過渡金屬活性物質的化學吸附作用是微弱的，另一方面這些改性手段未充分考慮放電產(chǎn)物Li₂S的不均勻沉積問題，導致被固定隨機沉積在正極的部分Li₂S不連續(xù)分布，難以被可逆利用，同樣造成活性物質的損失。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種鋰硫電池正極材料、其制備方法及鋰硫電池。

本發(fā)明一方面提供一種鋰硫電池正極材料，包括核-殼結構粒子，所述核-殼結構粒子包括含硫正極材料內(nèi)核和包覆所述內(nèi)核的包覆層，所述包覆層包括壓電材料；且所述核-殼結構粒子為球形。

本發(fā)明另一方面提供一種上述鋰硫電池正極材料的制備方法，包括：將含硫正極材料分散于溶劑中，得到分散液；將壓電材料或壓電材料前驅體材料與所述分散液混合，通過共沉淀法或包埋法形成所述核-殼結構粒子。

本發(fā)明另一方面還提供一種包括上述鋰硫電池正極材料的鋰硫電池。

本發(fā)明的正極材料在球形含硫正極材料內(nèi)核表面包覆一層具有壓電特性的材料，形成具有壓電特性包覆層的復合鋰硫電池正極材料。本發(fā)明的正極材料在球形含硫正極材料內(nèi)核表面包覆一層具有壓電特性的材料，形成具有壓電特性包覆層的復合鋰硫電池正極材料。由于被包覆內(nèi)核為“球形”，內(nèi)核在放電過程膨脹擠壓外部包覆層激壓電特性，受擠壓的內(nèi)包覆層內(nèi)表面產(chǎn)生均勻的正電荷層，同時形成與球體內(nèi)徑方向平行的電場，從而引導多硫離子沿球體徑向向球心處逐層均勻沉積，在包覆層內(nèi)部形成連續(xù)放電產(chǎn)物Li₂S。該均勻沉積、分布在導電載體上的Li₂S在放電過程中可以有效向S單質轉化，有利于電池放電比容量和循環(huán)壽命的提升。

附圖說明

通過參照附圖詳細描述其示例實施方式，本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點將變得更加明顯。

圖1是本發(fā)明實施例的核-殼結構粒子放電過程示意圖。

圖2是實施例1制備的核-殼結構粒子的TEM圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發(fā)明作詳細說明。

本專利中所述“球形”包括球體、類球體或球度ρ范圍在0.5～1之間的顆粒。其中球形度ρ＝dn/ds，dn為顆粒同體積德球體直徑、ds為顆粒的長徑。

本發(fā)明的鋰硫電池正極材料，包括核-殼結構粒子，核-殼結構粒子為含硫正極材料內(nèi)核和包覆所述內(nèi)核的包覆層，包覆層包括壓電材料；且核-殼結構粒子為球形。