[发明专利]一种锂硫电池正极材料

说明书

本发明提供一种锂硫电池正极材料。该正极材料包括硫/氧化石墨烯/CNTs复合物，所述硫/氧化石墨烯/CNTs复合物上包覆有导电高分子层，所述导电高分子层上包覆有粘结剂层。本发明中氧化石墨烯表面的大量官能团对原位生成的硫单质有很好的固定作用，可明显提高电池的循环稳定性；CNTs与氧化石墨烯的复合，可加大电池的功率密度、充放电速度及其稳定性；导电高分子层可提高正极材料的导电性，还可阻止电解液的降解及其他副反应的发生。本发明的锂硫电池的正极材料具有较大的电极的容量和优异的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种电池材料，具体涉及一种锂硫电池正极材料。

背景技术

锂硫电池是以硫元素作为正极、金属锂作为负极的一种锂电池，其比容量高达1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(＜150mAh/g)。在理论上，同样重量的锂硫电池能够为电动汽车提供三倍于目前普通锂离子电池的续航时间。另外，硫是无污染的环境友好元素，其储量丰富，重量轻且便宜，是一种极具前景的锂电池材料。

锂硫电池的充放电原理为：放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子，正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物，正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下，锂硫电池的正极和负极反应逆向进行，即为充电过程。根据单位质量的单质硫完全变为S^2-所能提供的电量可得出硫的理论放电质量比容量为1675mAh/g，同理可得出单质锂的理论放电质量比容量为3860mAh/g。锂硫电池的理论放电电压为2.287V，当硫与锂完全反应生成硫化锂(Li₂S)时，相应的理论放电质量比能量为2600Wh/kg。

锂硫电池的应用主要存在三个问题：锂与硫的反应产物锂多硫化合物溶于电解液，不利于电池的循环应用；硫的不导电性，不利于电池的高倍率性能；硫在充放电过程中，体积的变化非常大，有可能导致电池损坏。如何解决这些问题是锂硫电池应用于实际的关键技术。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种具有较大容量和优良循环性能的锂硫电池正极材料，为锂硫电池的应用奠定基础。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种锂硫电池正极材料，该材料包括硫/氧化石墨烯/CNTs复合物，所述硫/氧化石墨烯/CNTs复合物上包覆有导电高分子层，所述导电高分子层上包覆有粘结剂层。

所述的锂硫电池正极材料的第一优选方案，所述硫/氧化石墨烯/CNTs复合物中硫粉与氧化石墨烯的质量比为8∶1～1∶15。

所述的锂硫电池正极材料的第二优选方案，所述硫/氧化石墨烯/CNTs复合物中硫粉与氧化石墨烯的质量比为4∶1。

所述的锂硫电池正极材料的第三优选方案，所述硫/氧化石墨烯/CNTs复合物中硫粉与CNTs的质量比为8∶1～1∶15。

所述的锂硫电池正极材料的第四优选方案，所述硫/氧化石墨烯/CNTs复合物中硫粉与CNTs的质量比为4∶1。

所述的锂硫电池正极材料的第五优选方案，所述导电高分子层中的高分子材料为至少含有氨基、羧基和羟基中的任意一种的高分子材料。

所述的锂硫电池正极材料的第六优选方案，所述高分子材料为聚多巴胺、聚吡咯、聚乙酸、聚丙酸或聚乙烯醇。

所述的锂硫电池正极材料的第七优选方案，所述正极材料中硫与导电高分子材料的质量比为5∶1～1∶10。

所述的锂硫电池正极材料的第八优选方案，所述粘结剂为海藻酸钠、壳聚糖、羟甲基纤维素钠或聚丙烯酸。

所述的锂硫电池正极材料的第九优选方案，所述正极材料中硫与粘结剂的质量比为5∶1～1∶10。

与最接近的现有技术比，本发明具有如下优点：