[發(fā)明專利]S@Mx

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010430670.2
• 申請(qǐng)日: 2020-05-20
• 公開（公告）號(hào): CN111446439B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐晶晶;周向陽(yáng);楊娟;李亮;許和榮;宋潤(rùn)峰;侯林;沈麗;高辛龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 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: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

本發(fā)明屬于鋰硫電池技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種鋰硫電池S@M_xSnS_y@C復(fù)合正極活性材料，其包括帶有裝填腔室的內(nèi)殼以及包覆在其外表面的導(dǎo)電碳外殼；且所述的內(nèi)殼的裝填腔室中填充有單質(zhì)硫；所述的內(nèi)殼的材料為M_xSnS_y；x為0.5～1.7；所述的y為3.2～5.8。本發(fā)明還提供了所述的復(fù)合正極活性材料的共沉淀、刻蝕、硫化、靜電包覆以及載硫的制備方法。本發(fā)明所述的材料，具有良好的導(dǎo)電性和固硫效果，此外還可與多硫化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，有效催化多硫化物轉(zhuǎn)化，降低電解液中多硫化物濃度，提高硫的利用率。當(dāng)應(yīng)用在鋰硫電池正極時(shí)，在固硫和催化作用下，可顯著改善鋰硫電池的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰硫電池用雙金屬硫化物改性碳材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人類對(duì)于能源的需求也日益增加。化石能源的過(guò)度使用也引起了人們對(duì)于未來(lái)能源供給的擔(dān)憂，同時(shí)帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染。在此背景下，諸如太陽(yáng)能、潮汐能、生物質(zhì)能、風(fēng)能等清潔可再生能源得到了大力發(fā)展，然而這些能源是間歇式的、不可控的，需要電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電能后才可以使用。另一方面，隨著新能源汽車、筆記本電腦、手機(jī)和無(wú)人機(jī)的快速發(fā)展，電化學(xué)儲(chǔ)能器件的市場(chǎng)也越來(lái)越大。因此，發(fā)展以二次電池為核心的電化學(xué)儲(chǔ)能器件在未來(lái)的能源發(fā)展上具有重要地位。

在眾多新興電池體系中，鋰硫電池理論質(zhì)量能量密度高達(dá)2600Wh/kg，而鋰離子電池比能量?jī)H為440Wh/kg，另外硫元素儲(chǔ)備充足，價(jià)格低廉，對(duì)環(huán)境友好。因此，鋰硫電池被認(rèn)為是目前最先進(jìn)的儲(chǔ)能電池系統(tǒng)之一。

然而，鋰硫電池作為一種鋰金屬電池，其不同于鋰離子電池，其作用機(jī)制存在本質(zhì)不同，例如，金屬鋰電池負(fù)極在電池中的作用機(jī)制是金屬鋰的沉積和溶解，其基本反應(yīng)式為：充電:Li⁺+e＝Li；放電:Li-e＝Li⁺；而常規(guī)的鋰離子電池的負(fù)極發(fā)生的是鋰離子在石墨負(fù)極中的嵌入和脫出。鋰金屬電池和鋰離子電池的作用機(jī)理的不同，其對(duì)材料的要求也存在本質(zhì)的不同。鋰金屬電池例如鋰硫電池，其技術(shù)理論不及鋰離子電池系統(tǒng)、成熟，目前鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用還面臨諸多困難，主要集中在多硫化物的穿梭效應(yīng)、硫的導(dǎo)電性較差、充放電中體積變化和緩慢的多相轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程，直接影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性、硫的利用率和能量效率等。

為兼并解決這些問(wèn)題，近年來(lái)研究者對(duì)鋰硫電池研究主要集中在構(gòu)建精密的正極結(jié)構(gòu)，保證導(dǎo)電性和體積變化情況下，以物理限域和化學(xué)吸附抑制多硫化物穿梭(例如Adv.Mater.2017,29:1703324)。在正極改性中，金屬氧化物得到了廣泛的應(yīng)用，然而其導(dǎo)電性很差，導(dǎo)致比容量相對(duì)較低(例如Nat.Commun. 2013,4:1331.)。

綜上，現(xiàn)有鋰硫電池正極材料還存在導(dǎo)電性差、難于有效解決多硫化物穿梭效應(yīng)、容量損失大以及循環(huán)穩(wěn)定性不理想等諸多缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中鋰硫電池正極材料存在導(dǎo)電性差、放電產(chǎn)物多硫化鋰的溶解和擴(kuò)散導(dǎo)致的穿梭效應(yīng)會(huì)造成容量損失和循環(huán)衰減等缺陷，本發(fā)明第一目的在于，提供一種鋰硫電池S@M_xSnS_y@C復(fù)合正極活性材料，旨在有效阻止多硫化物在電解液中的溶解，加快多硫化物轉(zhuǎn)化速率，提高硫的利用率，改善鋰硫電池性能。

本發(fā)明第二目的在于，提供一種所述的鋰硫電池S@M_xSnS_y@C復(fù)合正極活性材料的制備方法。

本發(fā)明第三目的在于，提供一種所述的鋰硫電池S@M_xSnS_y@C復(fù)合正極活性材料的應(yīng)用。

本發(fā)明第四目的在于，提供一種包含所述的鋰硫電池S@M_xSnS_y@C復(fù)合正極活性材料的鋰硫電池。