[发明专利]一种具有多级结构的含硫正极材料、其制备方法及其用途

权利要求书

1.一种具有多级结构的含硫正极材料，其特征在于，该含硫正极材料具有点-线-面-体的多级结构：点是指元素硫颗粒表面附着纳米颗粒状碳黑；线是指不同的硫颗粒表面由线状的纤维状导电碳连接；面是指若干附着颗粒状和纤维状导电碳的硫颗粒被包覆层包裹；体是指被包覆层包裹的硫颗粒之间留有空隙；其中，所述的元素硫为单质硫，所述的纤维状导电碳为气相生长碳纤维、碳纳米管、石墨纤维中的一种或多种；所述的包覆层为膜状、网格状或颗粒状的聚合物，具有锂离子和电子传导的能力。

2.如权利要求1所述的含硫正极材料，其特征在于，所述的硫颗粒直径为500nm ~5000nm；正极材料中硫含量为50wt%~90wt%。

3.如权利要求1所述的含硫正极材料，其特征在于，所述的颗粒状碳黑为导电碳黑、乙炔黑、超导炭黑、石墨导电剂、碳气凝胶中的一种或多种；碳黑颗粒粒径为10~5000nm。

4.如权利要求1所述的含硫正极材料，其特征在于，纤维状导电碳直径为2nm ~300nm，长度为1μm ~20μm。

5.如权利要求1所述的含硫正极材料，其特征在于，在正极材料中，所述包覆层聚合物的量为0.5wt%～10wt%。

6.一种根据权利要求1~5任意一项所述的含硫正极材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

    步骤1，制备碳/硫的复合材料二次颗粒：将颗粒状碳黑、纤维状导电碳、造孔粒子通过球磨法、溶剂法、沉淀法中的一种方法与单质硫颗粒进行复合，干燥后得到球形或类球形的二次颗粒；

步骤2，材料颗粒造孔：通过稀酸浸泡除去材料二次颗粒中的造孔粒子并洗涤、过滤、干燥，制得具有孔隙的材料颗粒；

步骤3，材料颗粒表面包覆：在具有孔隙的材料颗粒表面包覆聚合物包覆层，该包覆是指将将材料颗粒分散在导电聚合物单体溶液中，加入能促使导电聚合物单体聚合的催化剂，充分反应后，分离出不溶物，经洗涤干燥后得到点线面体多级结构的含硫正极材料。

7.如权利要求6所述的含硫正极材料制备方法，其特征在于，步骤1中的造孔粒子为不溶于水和有机溶剂的碳酸钙、氧化锌、氧化铝中的一种，颗粒粒径范围为100nm~5000nm。

8.如权利要求6所述的含硫正极材料制备方法，其特征在于，步骤2中的稀酸为非氧化性强酸，该非氧化性强酸选择稀盐酸、稀硫酸中的一种，酸浓度为0.1~1mol/L。

9.如权利要求6所述的含硫正极材料制备方法，其特征在于，步骤3中的包覆层的聚合物选择聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚苯撑、聚对苯乙烯撑、聚3,4-乙撑二氧噻吩或其衍生物中的任意一种。

10.一种根据权利要求1~5任意一项所述的含硫正极材料的用途，其特征在于，该含硫正极材料能用于制备锂硫二次电池，该锂硫二次电池包括正极、负极、电解质三部分，该正极材料选择权利要求1-5任意一项所述的具有点线面体多级结构的含硫正极材料，负极材料选择金属锂、锂合金、嵌锂的碳或硅材料中的一种或多种，电解质为液态电解质、凝胶聚合物电解质中的一种或多种。