[发明专利]用于铝硫电池的正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及铝硫电池领域，公开了用于铝硫电池的正极材料及其制备方法。该正极材料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，其中，正极活性材料包含铝元素、硫元素和可选的过渡金属元素M，其化学式为：Al_xM_2‑xS₃，其中，x为0<x≤2。由本发明的正极材料制备的铝硫电池，不仅可以实现铝硫电池的正常充放电，而且充放电过程中发生脱嵌反应，放电产物与电解液不互溶，制备的铝硫电池具有较高的放电比容量和较好的循环稳定性能。同时本发明的正极材料，解决了铝硫电池中负极需要含有铝的局限性缺陷。

技术领域

本发明涉及铝硫电池领域，具体涉及用于铝硫电池的正极材料及其制备方法。

背景技术

随着传统化学资源逐渐枯竭，社会经济的高速发展，绿色的高能量密度二次电池的需求也越来越高。铝理论能量密度高达2980mAh/g，仅次于金属锂(3682mAh/g)，体积比容量为8050mAh/cm³，约为锂(2040mAh/cm³)的4倍，是理想的负极材料。元素硫也具有较大的理论能量密度1670mAh/g，是已知能量密度最大的正极活性材料。

因此，在现有的铝硫电池中，通常将铝作为电池的负极活性材料，硫作为电池的正极活性材料。

CN101764255A公开了一种可充电铝硫电池及其制备方法，以金属铝或铝合金为负极，聚有机硫化物为正极活性材料，卤化铝同季铵盐或季磷盐或季硫盐中任一种所形成的卤铝酸离子液体为电解液制备得到。但是制备的铝硫电池容易出现枝晶问题，放电比容量和循环性能有待提高。

CN104157878A公开了一种用于二次铝电池的复合正极，由碳纳米管阵列、纳米聚苯胺和含硫活性物质复合而成，具有三维网络导电骨架。但是依然存在枝晶问题，放电比容量有所下降。

在铝硫电池中，硫作为正极材料在放电时发生转化反应，反应式如下，产生的(1/6)S₆^2-容易溶解在电解液中，还会发生硫体积膨胀而碎裂，影响铝硫电池的循环，

(1/8)S₈+(1/3)e^-→(1/6)S₆^2-。

而且，铝作为电池的负极活性材料，硫作为电池的正极活性材料，制备的铝硫电池在充电过程中容易出现枝晶生长，枝晶生长对铝硫电池的影响巨大。电流密度不均匀带来的不均匀沉积，如果表面不均匀，在某些位置形成极大的局部电流，将带来严重的直径生长，枝晶生长将带来负极的粉化，进行造成电池干液直至电池寿命结束。

此外，通过限定正极活性材料含有硫，负极活性材料含有铝，这将使得材料的选择具有局限性。

综上所述，在现有技术中，铝硫电池在充放电过程中发生转化反应，正极材料的放电产物((1/6)S₆²-)容易溶解在电解液中，且硫容易发生体积膨胀，结构不够稳定、容易碎裂，导致制备的铝硫电池的循环性能不佳，放电比容量也有待提高，还存在枝晶问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供用于铝硫电池的正极材料及其制备方法，由本发明的正极材料制备的铝硫电池，不仅可以实现铝硫电池的正常充放电，而且充放电过程中发生脱嵌反应，正极活性材料放电产物与电解液不互溶，制备的铝硫电池具有较高的放电比容量和较好的循环稳定性能。同时本发明的正极材料，解决了铝硫电池中负极需要含有铝的局限性缺陷。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种用于铝硫电池的正极材料，其中，该正极材料包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，其中，正极活性材料包含铝元素、硫元素和可选的过渡金属元素M，其化学式为：Al_xM_2-xS₃，其中x为0<x≤2。