[发明专利]一种硫基锂离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明为一种硫基锂离子电池正极材料及其制备方法和应用。该硫基锂离子电池正极材料在制备过程中，采用金属锂粉末锂化硫正极材料：在惰性气氛保护下，采用球磨法或涂覆法实现金属锂粉末与硫‑碳基复合材料或硫‑聚合物基复合材料等硫基正极的均匀混合，然后向该混合物滴加一定量电解液，经过适宜的锂化时间，得到高度锂化的正极材料。本发明以锂化硫正极的角度切入，代替金属锂负极来提供锂源，节约了锂硫电池的使用以及生产成本，同时避免了金属锂作为负极时所带来的枝晶问题，从而提高了锂硫电池体系的安全性。

技术领域

本发明的技术方案涉及一种硫基锂离子电池正极材料的制备，及其使用该材料的可充放电的硫基锂离子电池(或称锂硫全电池)。

背景技术

随着社会的发展，电动汽车、手机等对储能电源的需求在不断的提高，传统已商业化的二次电池因受到正极材料容量的限制渐渐不能满足其发展要求。与此同时，锂硫电池由于其具有高达1675mAh g^-1的理论比容量和2600Wh kg^-1的理论比能量而成为众多公司与实验室的研究热点，此外，锂硫电池还拥有正极硫储量丰富，价格相对便宜，污染低等诸多优点。

但不容回避的是，大多数锂硫电池研究仍停留在把金属锂作为负极的“半电池”研究中。因为在锂硫电池体系中，绝大多数含硫的正极不含锂，因此需要采用金属锂作为电池的负极作为锂源提供锂。目前的研究集中在改善锂硫电池正极材料，但相对与锂硫电池正极材料性能的大幅度提升，金属锂作为负极的弊端日益显露，它成为限制锂硫电池大规模生产与应用的最大因素之一。首先，由于使用金属锂作为负极，在充放电循环过程中锂金属表面容易产生锂枝晶，枝晶会穿透隔膜从而正负极接触导致电池内部的短路，存在严重的安全性问题；其次，相对于使用商业化的石墨负极，以金属锂作为负极也会增加锂硫电池的使用成本。

为了发展非金属锂负极的锂硫“全电池”，已有科研人员开始研究锂化负极。例如，CN102368561B公开了一种可充放电锂硫电池体系，该体系以预锂化的碳族复合物作为锂硫电池的负极活性物质，以硫碳复合物作为锂硫电池的正极活性物质，避免了金属锂作为负极时所带来的枝晶问题，提高了其安全性。同时，也有研究者如Scrosati开展了锂化硫正极的研发工作[Angew.Chem.2010,122,2421-2424]。Scrosati的研究虽然以硫化锂为正极可以成功引入非锂金属负极，但硫化锂与碳材料混合，不具有碳材料对单质硫那样的吸引力，而且硫化锂颗粒不能像硫一样加热融化，通过毛细管作用，深入到碳材料的孔道内部。所以，无论在比容量还是循环性能上，硫化锂正极的全电池都比硫基正极的半电池有大幅度的下降。由于目前硫化锂正极的研究无法解决锂硫全电池循环性能较差，比容量较低的问题，因此非常有必要也迫切需要寻求其他特殊材料，或建立特殊工艺来全面改善锂硫全电池以及其电化学性能。

针对目前研究中出现的问题，本发明提供了一种锂化硫正极的方法，即采用金属锂粉末锂化硫基正极材料，使硫基正极材料由“贫锂”状态转变成“富锂”状态，而不改变硫基正极材料的性能状态，从而完成锂硫全电池的制备。

所以本发明在基于上述基础上，研究并提供了一种通过采用金属锂粉末锂化硫基正极材料从而制备出锂硫全电池的方法。

发明内容