[发明专利]一种锂硫电池正极载硫材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种锂硫电池正极载硫材料及其制备方法与应用，该载硫材料包括介孔氟化钙和介孔氟化镁的混合物，介孔氟化钙和介孔氟化镁的摩尔比为1：（1‑1.5），且所述的介孔孔径范围为1‑7 nm，比表面积为（140‑160）m² g^‑1。本发明以植物根茎为原料，原料来源广泛，成本低，锂硫电池载硫材料制备过程简单。本发明的锂硫电池载硫材料的氟化物为介孔结构，且氟化钙和氟化镁在载硫材料中均匀分布，更有利于对多硫化物溶解的抑制作用。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池正极载硫材料及其制备方法与应用，属于电池材料技术领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展，尤其是手机、笔记本电脑、数码照相机等便携式电子设备的涌现，以及航天设备、电动汽车等大型交通运输设备的出现对化学电源提出了更高的要求，化学电源正朝着体积小、质量轻、使用寿命长、比容量高等方向发展。在这种时代背景下锂硫电池应运而生。硫是地球上含量极其丰富的元素之一，在生产和和生活的各方面都有着广泛的应用。此外，硫的开路电压大约为2.1 V，理论容量为1675 mA h g^-1，且对环境无污染，相比于其他电池正极材料来说，硫更加安全和廉价，因此，在商业化应用中更加具有前景。

但是在锂硫电池的实际应用中仍然存在着很多亟待解决的问题, 其中最重要的就是充放电过程中多硫化锂的溶解和扩散，即“穿梭效应”。在电池的循环过程中，会产生种类繁多的多硫化锂中间产物，这些中间产物在有机电解液中极易溶解和扩散，多硫化锂的溶解会导致活性材料不可逆损失, 使容量逐渐衰减，充放电效率也随之降低。

极性载硫材料的最大特点是具有极性，能与极性的多硫化锂相互作用，从而增强载体对多硫化锂的固定作用，抑制多硫化物的溶解。因此，产生了很多通过有效极性正极材料来提高锂电池性能的研究。例如：Xiaoyu Liu等人用化学沉积的方法制备了CaF₂包覆的富锂金属氧化物(Xiaoyu Liu, et al. CaF₂-coated Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂ as cathodematerials for Li-ion batteries. Electrochimica Acta 2013, 109, 52–58.)；ShuweiSun等人将MgF₂包覆的富锂层状材料用作锂离子电池正极(Shuwei Sun, et al. Surface-modified Li[Li_0.2Ni_0.17Co_0.07Mn_0.56]O₂ nanoparticles with MgF₂ as cathode for Li-ion battery. Solid State Ionics 2015, 278, 85–90.)。但是，这些氟化物均为无定型结构且无孔结构，无法提供一定空间将硫全部或部分负载进自身孔径中来缓解硫在电池充放电过程中因体积膨胀而造成的电极结构破坏。而且上述氟化物还没有应用于锂硫电池中。