[發(fā)明專利]一種鋰硫電池正極材料、鋰硫電池及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310003271.1
• 申請(qǐng)日: 2023-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN115939401A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許劍光;王強(qiáng);陳志鵬;周恒;陳思佳;姚為
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鹽城工學(xué)院
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M10/058;H01M4/485;H01M4/38;H01M50/449;H01M10/052;H01M4/13;H01M4/134
• 代理公司: 南京業(yè)騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32321
• 代理人: 徐莉娟

本發(fā)明公開了一種鋰硫電池正極材料的制備方法，將O?Tisubgt;3?y/subgt;Nbsubgt;y/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;和S以質(zhì)量比7:3混合均勻，然后加入高壓反應(yīng)釜中，150?160℃反應(yīng)10?15h，即得；所述O?Tisubgt;3?y/subgt;Nbsubgt;y/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;的制備方法：采用氟鹽和鹽酸溶液的混合液對(duì)Tisubgt;3?y/subgt;Nbsubgt;y/subgt;AlCsubgt;2/subgt;進(jìn)行刻蝕，結(jié)束后洗滌、干燥，得到Tisubgt;3?y/subgt;Nbsubgt;y/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;，將其分散在無水乙醇中，80℃保溫處理12h，離心、干燥后即得。本發(fā)明還公開了一種鋰硫電池，包括鋰硫電池正極極片、金屬鋰負(fù)極極片、鋰硫電解液和改性隔膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對(duì)正極材料以及隔膜進(jìn)行修飾，可有效抑制鋰硫電池中多硫化物的穿梭效應(yīng)，改善了鋰硫電池的循環(huán)性能和倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰硫電池正極材料、鋰硫電池及制備方法，屬于鋰硫電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著全球能源和環(huán)境危機(jī)的不斷加劇，尋求替代化石燃料的可再生能源成為燃眉之急。然而，風(fēng)能和太陽能等清潔可再生能源本身的間斷性需要與之配套的先進(jìn)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，這種能量儲(chǔ)存系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠有效收集可再生能源并且按需釋放能量。電池作為儲(chǔ)存和釋放能量的有效中介，在這些領(lǐng)域可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。鋰硫電池憑借其遠(yuǎn)高于鋰離子電池的理論比容量(1675mAh/g)與能量密度(2600Wh/kg)、低污染、硫材料價(jià)格的廉價(jià)易得等特點(diǎn)，是一種極具前景的高性能儲(chǔ)能電池，但鋰硫電池在應(yīng)用中存在著自身容量衰減快、庫倫效率低以及壽命短的缺陷，這主要?dú)w因于硫正極電導(dǎo)率低、多硫化物穿過隔膜造成活性材料不可逆的損失，即“穿梭效應(yīng)”，在充放電過程中由于S與Li₂S相互轉(zhuǎn)化過程中體積變化以及鋰離子在陽極側(cè)不可控的枝晶生長導(dǎo)致枝晶刺穿隔膜，進(jìn)而導(dǎo)致電池短路。基于以上原因，鋰硫電池難以投入大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。

針對(duì)上述問題，研究者做了大量的研究，主要分為2類：(1)改性正極：利用物理限制或者化學(xué)限制的方式對(duì)多硫化物進(jìn)行錨定。一方面可以將升華硫復(fù)合到碳結(jié)構(gòu)中，復(fù)合結(jié)構(gòu)具有微小的孔隙，起到限制多硫化鋰穿梭效應(yīng)的作用。另一方面，可以使用過渡金屬氧化物、硫化物、金屬有機(jī)框架等極性化合物作為正極材料，與多硫化物形成強(qiáng)的偶極-偶極作用，對(duì)多硫化物的穿梭效應(yīng)起到化學(xué)限制的作用；(2)改性隔膜：通過在隔膜上涂覆過渡金屬氧化物、硫化物、金屬有機(jī)框架等極性化合物，通過該涂層限制多硫化物的穿梭效應(yīng)，提高鋰硫電池的比容量和庫倫效率，從而提高對(duì)硫的利用率。但是，涂覆層材料的選擇對(duì)多硫化物的穿梭效應(yīng)有著直接的影響，選擇不恰當(dāng)?shù)牟牧隙嗵岣唠姵氐谋热萘亢蛶靷愋首饔糜邢蕖?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋰硫電池正極材料，該正極材料能夠有效抑制多硫化物的穿梭效應(yīng)。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種含有上述正極材料的鋰硫電池正極極片。

本發(fā)明的第三目的在于提供一種含有上述正極極片的鋰硫電池，該鋰硫電池具有良好的循環(huán)性能和倍率性能，能夠有效提高硫的利用率。

技術(shù)方案

一種鋰硫電池正極材料的制備方法：將O-Ti_3-yNb_yC₂T_x和S以質(zhì)量比7:3混合均勻，然后加入到高壓反應(yīng)釜中，于150-160℃反應(yīng)10-15h，即得；

所述O-Ti_3-yNb_yC₂T_x中，0x2，0≤y3；