[发明专利]一种用于锂硫电池的稳定性纤维硫电极材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂硫电池的电极材料领域，具体涉及一种用于锂硫电池的稳定性纤维硫电极材料及制备方法。本发明将导电聚合物溶于硫酸预先纺丝陈化得到多孔导电聚合物纤维，再在氮气保护下，将导电玻璃液与导电聚合物纤维对碰混合，导电玻璃液快速成膜包覆在导电纤维表面，形成内芯为多孔状的导电聚合物纤维、外层为导电玻璃的复合纤维；再将复合纤维与熔化的硫混合吸附，使硫进入所述复合纤维的疏松的内芯，得到纤维硫正极复合材料。本发明通过将硫固定在纤维的内芯，使硫以纤维状存在，不但有效抑制多硫化物的溶解，而且优良的纤维结构性能够缓冲硫的体积效应带来的体积收缩，提高了锂硫电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂硫电池的电极材料领域，具体涉及一种用于锂硫电池的稳定性纤维硫电极材料及制备方法。

背景技术

随着电池在电动汽车的应用，产品性能不断提高，但是目前大规模商品化的电池不能很好地满足一些高容量、高能量密度的应用需求，尤其是当前的动力电池体系希望达到进一步延长续航里程的目标，对新型电池提出了更高的要求。

三元正极材向富镍体系的三元材料发展，尽管使得容量有所体改，但高其循环稳定性较差，反复充放电过程中材料结构极易坍塌，而且其容量也有限。

为了实现高容量密度，需要开发新的材料。锂硫电池硫正极材料是近年来高容量电池电极材料研究的热点之一。与传统锂离子电池氧化物电极材料相比，硫正极材料在比容量、能量密度和功率密度等方面具有独特的优势。单质硫的理论比容量为1600ｍAh/ｇ以上，与理论比容量为3861mAh/ｇ的金属锂组装成电池后理论比能量可达2600Wh/Kg，而且，单质硫还具有来源丰富、成本低、对环境友好、电池安全性好等优点，能够很好的满足动力汽车的要求。

由于硫正极的可溶性高氧化态多硫化锂和溶解的硫原子会扩散至锂负极，与金属锂发生寄生反应生成中间氧化态多硫化锂，这些中间氧化态多硫锂会扩散回硫正极并反应生成高氧化态多硫化锂，从而导致硫正极活性材料利用率降低、锂负极腐蚀和电池循环性能恶化。另外，单质硫传导电子和离子的能力差，因此必须添加大量炭黑、活性炭作为导电剂以改善硫正极的导电性。不仅会降低硫正极材料的能量密度，而且填入大孔的硫原子的电子接触受限，导致极化现象严重，硫颗粒内部的硫单质不能参与电化学反应。

申请号为201110115424.9 的中国专利申请公开了锂硫电池领域的一种碳包覆硫基正极复合材料,包括硫基正极材料和无定型碳,无定型碳均匀致密地包覆在硫基正极材料表面,所述硫基正极材料颗粒为10纳米～10微米,所述无形型碳层厚度为1～5纳米;还公开了正极,包括集流体和负载在集流体上的正极材料,所述正极材料包括正极活性物质、正极粘结剂、导电组分,其中,正极活性物质为上述碳包覆硫基正极材料;再采用该正极制备相应的锂硫电池;本发明将无定型碳包覆硫基正极活性材料表面上,可显著的提高正极材料的导电性,采用该正极的锂硫电池比容量较高,循环性好;本发明的制备工艺简单,适宜于大规模工业化生产。

申请号为201310170246.9 的中国专利申请公开了一种锂硫电池用正极材料，所述正极材料为石墨烯掺杂的多孔中空纤维，石墨烯的掺杂量为正极材料总质量的0.005-0.2%；多孔中空纤维为多孔的中空管状结构，管的外径为80-1000nm，管的内径为30-400nm，管的侧壁上孔的孔径为2-80nm；石墨烯嵌于多孔中空纤维管的侧壁中。采用本发明制备的正极组装成电池具有放电比容量高和循环稳定性好。