[发明专利]多硫聚合物复合材料其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体的是涉及一种多硫聚合物复合材料其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池以其高能量密度、长寿命和高电压等优异性能而广泛应用于智能手机、笔记本电脑及电动汽车中。随着智能手机和笔记本电脑的轻薄化、多功能化、大屏幕化及电动汽车发展，对电池的能量密度要求越来越高。但是基于插层化合物的传统锂离子电池经过近三十年的发展，其能量密度已经达到其极限，上升空间非常有限。因此，各种高能量密度的新型电池体系应用而生，成为世界各国的研究热点，其中，锂硫电池以高达2600Wh/kg的能量密度、较低的原料成本、较简便的材料合成工艺及电池组装工艺、较理想的充放电性能而成为最有前景的技术之一。

锂硫电池是以单质硫或含硫复合材料为正极，以金属锂或锂合金为负极的电池体系。其中单质硫转化成硫化锂对应的嵌锂容量高达1675mAh/g，对应的电压平台平均为2.2V，金属锂对应的锂离子容量高达3840mAh/g。正、负极的高容量和2.2V的平均电压使得锂硫电池的理论能量密度高达2600Wh/kg，实际能达到的能量密度也比现有锂离子电池的高2～3倍，具有巨大的优势。而且，相比钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂等传统锂离子电池的正极材料，单质硫来源广泛、价格低廉且无毒，这间接表明锂硫电池具有较低的原料成本和环境成本。然而，锂硫电池本身固有的一系列技术问题阻碍其实用化进程，其中最主要的问题归结为如下两点：一、硫及其放电产物的高度绝缘性；二、多硫化锂的溶解及其穿梭效应(指多硫离子在正、负极之间的传输)等。

为了提高硫的导电性及抑制多硫化锂的溶解，最常见的方法是采用导电性多孔材料负载硫。在各种载体中，多孔碳是最常用的载体之一。多孔碳具有高比表面积、高导电性、形貌多样性和易于制备等特性。但是，由于多孔碳是非极性固体，而多硫离子为极性，两者的作用力只是纯粹的物理吸附，吸附力比较弱，难以有效地固定多硫化锂。除了多孔碳之外，过渡金属化合物对多硫离子具有很强的吸附作用，但常见的过渡金属化合物都是绝缘体或者半导体，这些材料与硫复合后，整个复合材料的导电性较差，对于电极材料而言，是一个明显的缺点。而且，过渡金属氧化物密度较大，容易结晶，从而难以制备出高比表面积的材料，除了极个别的特例外，已报道的大部分过渡金属氧化物材料的比表面积都小于500m²/g，较低的比表面积不利于吸附大量多硫离子，从而限制了硫含量的提高。

多硫聚合物是近年来新发现的一类聚合物，其作为锂硫正极材料既具有较高的硫含量(高达90％)，也能有效抑制多硫化锂的溶解。但一般的多硫聚合物都是绝缘体，直接作为电极材料难以充分发挥其比容量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种多硫聚合物复合材料及其制备方法，以解决现有多硫聚合物不导电和多孔碳难以有效地固定多硫化锂的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池正极和含有所述锂离子电池正极的锂离子电池，以解决现有锂离子电池容量不高，循环稳定性不理想的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种多硫聚合物复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将含多巯基单体溶解于溶剂中，形成含多巯基单体溶液；

将所述含多巯基单体溶液与多孔碳进行混合处理后，除去溶剂，得到第一混合物；

将所述第一混合物与含单质硫的溶液进行混合处理后，除去溶剂，得到第二混合物；

将所述第二混合物加热处理使所述含多巯基单体与单质硫进行聚合反应。

本发明的另一方面，提供了一种多硫聚合物复合材料。所述多硫聚合物复合材料由本发明多硫聚合物复合材料的制备方法制备形成。

本发明的又一方面，提供了一种锂离子电池正极。所述锂离子电池正极包括正极集流体和结合在所述正极集流体表面的正极活性层，所述正极活性层所含的正极材料为本发明多硫聚合物复合材料。

本发明的又一方面，提供了一种锂离子电池。所述锂离子电池包括正极片，，所述正极片为本发明锂离子电池正极。