[发明专利]一种锂硫电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂硫电池正极材料，包括富硫聚合物和石墨烯；富硫聚合物的内部构造为互穿网络结构；石墨烯掺杂在富硫聚合物中；富硫聚合物颗粒大小为100‑300目；石墨烯片状层数为2‑10层。其制备方法为将制备好的富硫聚合物粉碎成粉末状，加入溶剂后形成溶液并进行充分搅拌处理；石墨烯在溶剂中经超声分散产生悬浮液；上述两种溶液混合后继续超声波分散和搅拌，最后去除溶剂并干燥产品即可得到锂硫电池正极材料。本发明提供的锂硫电池正极材料同时具有较高的导电性、循环性能和使用寿命，同时，本发明操作简单、成本低廉，易于大规模制造和商业化。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术领域。更具体地，涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

当前移动电子设备、电驱动车辆、电力储能技术的飞速发展迫切需要更高能量密度的可充电电池，而目前市场化锂离子电池的重量比能量虽已达到200Wh/kg，但受正极材料理论比容量的制约，其比能量很难突破300Wh/kg。锂硫电池作为锂离子电池后续升级换代技术和产品在近几年获得高度重视，发达国家竞相投入巨资进行研究和开发。

在锂硫电池化学体系中，以金属锂为负极、单质硫为正极的锂硫电池其理论比能量可达到2600Wh/kg(锂和硫的理论比容量分别为3860mAh/g和1675mAh/g)，远大于现阶段所使用的商业化二次电池。此外，单质硫廉价、可再生、环境友好的特性又使该体系未来极具商业价值。

目前锂硫电池存在活性物质利用率低、循环寿命低、倍率性能差和安全性低等问题，严重阻碍了其应用。要解决上述问题，如何提高单质硫的导电性、抑制电极反应中的飞梭效应势在必行，因此能抑制多聚硫化锂溶解、导电性能良好的复合正极材料的体系筛选成为研究的关键点。

锂硫电池现有技术中对正极活性物质主体硫的利用率不高，其循环容量衰减严重，循环性能较差，且电化学性能不佳。为了提高锂硫电池的性能，目前均致力于对锂硫电池的正极材料改性的研究，以提高其导电性和循环性能，例如单纯将单质硫和导电石墨混合，提高正极导电性能，但对于硫在反应过程中的飞梭效应无法避免，导致容量迅速衰减；或者把硫填在介孔碳空隙中，介孔碳的加入提高了导电性和一定程度上提高了对硫的约束，但增加了制造过程的复杂性；还有研究工作者采用导电聚合物对单质硫进行改性，在导电聚合物中，如聚噻吩，聚苯胺(PANI)、聚丙烯腈(PAN)导电高分子的加入能够一定程度上改善锂硫电池的循环性能，但由于聚合度不高，达不到对正极材料的全面改善需求。

同时，上述对硫正极材料进行改性的方法虽然能够一定程度上提高锂硫电池的导电性或提高其循环性能，但是得到的锂硫电池的能量密度降低了，也就是说，这种对硫正极材料进行改性的方法不能从整体上提高锂硫电池的性能。此外，这些方法之后，出现了一些看似先进，但实际是复杂的、昂贵的和不可持续的合成步骤，因而，无法大规模生产。

因此，本发明提供了一种锂硫电池正极材料及其制备方法，本发明提供的锂硫电池正极材料同时具有较高的导电性、循环性能和使用寿命，同时，本发明操作简单、成本低廉，易于大规模制造和商业化。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种锂硫电池正极材料。本发明提供的锂硫电池正极材料首次充放电容量在1300mAh/g左右，循环充放电50次后，基本保持在1100mAh/g左右，循环稳定性较好。

本发明的另一个目的在于提供一种锂硫电池正极材料的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种锂硫电池正极材料的应用。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：