[发明专利]一种锂硫电池正极材料及制备方法、锂硫电池

说明书

本发明公开了一种锂硫电池正极材料及制备方法、锂硫电池，属于锂电池技术领域。其中所述制备方法为首先将二氧化钼前驱体溶液与介孔碳混合形成介孔碳/二氧化钼前驱体混合物，然后将前驱体混合物置于管式炉中，在Ar‑H₂混合气体的氛围下煅烧处理形成介孔碳/二氧化钼复合材料，再与单质硫S混合，热处理得到介孔碳/二氧化钼/硫复合材料；本发明同时提供了基于该复合材料的锂硫电池，该电池表现出优异的循环稳定性和良好的倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及锂硫电池正极材料及制备方法、锂硫电池；

背景技术

锂硫电池作为一种新型二次电池，因具有容量高(理论比容量为1675mAh/g)、成本低、单质硫S来源广、无毒等优点，受到研究人员的高度重视，有希望成为下一代高比能量的二次电池体系。

但是，在实际应用过程中锂硫电池面临诸多问题，主要为以下两方面：(1)活性物质硫及中间产物多硫化物均是绝缘体(硫的电导率为5×10^-30S·cm^-1)，几乎不导电，且极化严重，会影响电池的整体性能；(2)单质硫S在充放电过程中形成的中间态多硫化物易溶解在液态电解质中，并随着电解质的扩散从正极材料中扩散至负极引发不必要的副反应，称为“穿梭效应”，而“穿梭效应”会导致活性物质硫的损失，使得锂硫电池的整体性能普遍较低。

针对以上问题，目前的解决方法大多采用多孔碳材料与单质硫S复合，以增加电极的导电性，并通过多孔碳材料对多硫化物的物理吸附作用防止“穿梭效应”，但是，实际应用中多孔碳材料对多硫化物的物理吸附作用较弱，无法有效抑制“穿梭效应”。另有研究采用过渡金属氧化物抑制多硫化物的“穿梭效应”，因为过渡金属氧化物与多硫化物之间的化学吸附作用比物理吸附作用强。但是，过渡金属氧化物本身导电性较低，无法使锂硫电池在稍高倍率下也能表现出高性能；因此，如何结合多孔碳材料和金属氧化物的优点制备出一种性能优异的锂硫电池正极材料是目前最需要解决的问题。

发明内容

基于现有技术存在的技术缺陷，本发明的目的之一在于提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，该方法制备工艺简单，成本低廉，易于实现规模化生产。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将介孔碳材料、二氧化钼前驱体均匀混合于去离子水中，过滤，干燥，得到混合物前驱体；

步骤二、将得到的混合物前驱体置于管式炉中，在Ar-H₂混合气体的氛围下，500～700℃高温煅烧，得到介孔碳/二氧化钼复合材料；

步骤三、将得到的介孔碳/二氧化钼复合材料与单质硫S按照重量份比为(2～9)：(10～15)通过研磨或球磨混合，然后在Ar-H₂混合气体的氛围下进行热处理，得到介孔碳/二氧化钼/硫复合材料。

优选地，步骤一中所述介孔碳、二氧化钼前驱体、去离子水的重量份比为(5～30)：(1～5)：(1500～2000)，进一步优选为(5～10)：(2～4)：(1500～1700)。

本发明研究发现，复合材料中如果MoO₂的用量过多，则会影响复合材料的整体电导率，若用量过少，则无法起到防止多硫化物迁移及催化作用。

优选地，所述步骤一中在二氧化钼前驱体和介孔碳混合的过程中还加入了乙醇，所述步骤一的具体过程为首先将二氧化钼前驱体加入去离子水中，边搅拌边加入无水乙醇，形成均一的溶液，接着向溶液中加入介孔碳，超声使其均匀混合后，抽滤，干燥，得到混合物前驱体；此过程加入乙醇的目的是为了提高二氧化钼前驱体的表面能，使其更均匀地吸附在介孔碳表面。

优选地，步骤一中所述干燥在烘箱中进行，烘干温度为60～90℃，烘干时间为12～24h；