[发明专利]一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极、电池及制备方法

权利要求书

1.一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极，其特征在于，包括正极片和位于正极片上的氮化物/碳纳米管隔层；所述正极片为含硫正极；含硫正极通过以下过程制备：将含硫活性物质、导电剂、粘结剂以质量比(5～9):(1～4):(1～3)进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂并搅拌均匀获得浆料，将浆料均匀涂布在铝集流体上，真空烘干，得到含硫正极。

2.根据权利要求1所述的一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极，其特征在于，有机溶剂的加入量为含硫活性物质质量的10～30倍；导电剂为导电碳黑科琴黑、SuperP、SuperC65、乙炔黑、石墨、空腔碳球、碳纳米管、生物质碳中的一种或多种；粘接剂为聚偏氟乙烯；涂布在铝集流体上的浆料的厚度为100～400μm。

3.根据权利要求2所述的一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极，其特征在于，含硫活性物质为单质硫、无机硫化物、有机硫化物、活性炭/硫复合物、微孔碳/硫复合物、中孔碳/硫复合物、介孔碳/硫复合物、大孔碳/硫复合物、介孔微孔碳/硫复合物、大孔微孔碳/硫复合物、大孔介孔碳/硫复合物、大孔介孔微孔碳/硫复合物、纤维碳/硫复合物、空腔碳球/硫复合物、石墨烯/硫复合物、碳纳米管/硫复合物、碳纳米纤维/硫复合物、生物质碳/硫复合物、科琴黑/硫复合物、乙炔黑/硫复合物、Super P/硫复合物、Super C65/硫复合物、金属氧化物/硫复合物、导电聚合物/硫复合物中的一种或多种；含硫活性物质中硫的质量分数为20％～100％。

4.根据权利要求3所述的一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极，其特征在于，无机硫化物为硫化锂、硫化钴、硫化钼、硫化锡、硫化钨、硫化钛、硫化锌或硫化铁；有机硫化物为2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑。

5.根据权利要求1所述的一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极，其特征在于，氮化物/碳纳米管隔层通过以下过程制备：将氮化物和碳纳米管超声分散在乙醇中，通过离心分离出氮化物/碳纳米管复合物，其中碳纳米管的质量分数为氮化物/碳纳米管总质量的10％～90％；将氮化物/碳纳米管复合物和粘结剂按质量比(7～9):(1～3)进行物料混合，混合过程中加入有机溶剂并搅拌均匀，获得浆料，将浆料均匀涂布在正极片上，真空干燥，得到氮化物/碳纳米管隔层。

6.根据权利要求5所述的一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极，其特征在于，涂布在正极片上的浆料的厚度为100～400μm；

氮化物为氮化锂、氮化钠、氮化铝、氮化钙、氮化锰、氮化钨、氮化镁、氮化铜、氮化锆、氮化钛、氮化银、氮化钽、氮化钒、氮化磷、氮化硅、氮化硼、氮化碳中的一种或多种；氮化物/碳纳米管隔层中氮化物的质量分数为10％～90％；

碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、锂掺杂碳纳米管、硼掺杂碳纳米管、氮掺杂碳纳米管、氟掺杂碳纳米管、硅掺杂碳纳米管、硫掺杂碳纳米管、钾掺杂碳纳米管、过渡金属掺杂碳纳米管、氨基化碳纳米管、羧基化碳纳米管、羟基化碳纳米管中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极，其特征在于，有机溶剂的加入量为氮化物/碳纳米管复合物质量的10～30倍。

8.根据权利要求5所述的一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极，其特征在于，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯、N，N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。

9.一种基于权利要求1-8中任意一项以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极的锂硫电池，其特征在于，由下至上包括设置的正极壳、以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极、隔膜、电解液、金属锂负片和负极壳。

10.一种基于权利要求9所述的锂硫电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备含硫正极；

2)在含硫正极上制备氮化物/碳纳米管隔层，形成以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极；

3)电池组装：在惰性气氛中进行组装获得以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池；以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池由下至上依次为正极壳、以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极、隔膜、电解液、金属锂负极和负极壳。