[发明专利]一种锂硫-锂离子杂化电池和锂硫-锂离子杂化电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂硫‑锂离子杂化电池和锂硫‑锂离子杂化电池正极材料及其制备方法。将含导电材料、锂源和金属源的有机分散液进行溶剂热反应，溶剂热反应产物通过焙烧后，与单质硫热熔融复合，即得具有容量高、稳定性好及导电性好的正极材料，用该正极材料制备的锂硫‑锂离子杂化电池充放电截止电压满足硫和锂离子正极材料电池的充放电电压要求，相比传统的锂硫电池循环稳定性得到改善，且大大提高电池的容量发挥；此外，正极材料的制备方法简单、工艺条件温和，成本低，满足工业生产要求。

技术领域

本发明涉及一种锂硫-锂离子杂化电池及其正极材料，特别涉及一种宽充放电电压范围的锂硫-锂离子杂化电池，及锂硫-锂离子杂化电池的制备方法，属于锂电池技术领域。

背景技术

传统的商业化锂离子正极材料导电性良好、循环寿命长、容量发挥稳定，但是其理论容量偏低，已不能满足现阶段对高能量密度电池的要求。硫作为锂正极材料以其高的理论比容量1675mAh/g，比能量2600Wh/g受到广泛关注，同时单质硫的价格便宜、资源丰富、环境友好等特点使其成为未来高能量密度锂正极的发展方向。然而硫的电子绝缘性(电导率仅有5×10^-30S/cm)；放电过程中产生的多硫化物会溶解在有机电解液中，发生穿梭效应，造成活性物质的损失。这些缺陷都严重影响到锂硫电池的循环寿命、容量发挥以及商业化生产。

发明内容

针对现有技术中的锂硫电池存在循环性能差、容量发挥低，传统商业化锂离子电池理论容量偏低等问题，本发明的第一个目的在于提供一种由传统锂离子正极材料与硫复合及导电材料等复合得到，具有容量高、稳定性好及导电性好的锂硫-锂离子杂化电池正极材料。

本发明的另一个目的是在于提供一种操作简单、工艺条件温和、低成本制备所述锂硫-锂离子杂化正极材料的方法。

本发明的第三个目的是在于提供一种具有充放电电压范围、高放电比容量和循环性能稳定的锂硫-锂离子杂化电池。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种锂硫-锂离子杂化电池正极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)含导电材料、锂源和金属源的有机分散液，置于密闭容器内，在50℃～250℃温度下进行溶剂热反应，蒸干溶剂，得到产物I；

所述金属源为含Ti、Fe、Co、Ni、Mn、V、Al中至少一种的金属盐类；

所述导电材料包括科琴炭黑、Super P、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维中至少一种；

2)所述产物I在300～1200℃温度下焙烧，得到产物II；

3)所得产物II与单质硫经过研磨混合后，置于保护气氛下，在130～200℃温度下热处理，即得。

优选的方案，所述锂源中锂与所述金属源中Ti、Fe、Co、Ni、Mn、V和Al总摩尔比为2:1～1:1.25。

优选的方案，所述导电材料的添加量以锂硫-锂离子杂化电池正极材料质量的1％～50％计量。

优选的方案，所述单质硫占产物II和单质硫总质量的0.1％～99.9％；较优选为20～70％。

较优选的方案，所述溶剂热反应的时间为2～30h；更优选为2～10h。

较优选的方案，所述焙烧的时间为1～10h；更优选为2～5h。

较优选的方案，所述热处理时间为2～30h；更优选为8～15h。

优选的方案，热处理温度为150～180℃。

优选的方案，所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、醋酸锂、硝酸锂中至少一种。