[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

说明书

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，包括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；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。通过引入具有极强电子传输能力和一定物理吸附能力的碳纳米管以提高正极的导电性、提升锂离子传输速率和降低电池整体阻抗，通过添加具有极强多硫化物化学吸附能力的氮化物，将多硫化物的扩散有效限制在隔层内，从而达到有效缓解穿梭效应、提高电池循环性能的目的。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，特别涉及一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极、电池及制备方法。

背景技术

由于全球能源短缺问题的不断加剧，新能源技术的开发与利用迫在眉睫，由此促进了电化学储能行业的迅速发展。而现有广泛商业化的储能设备-二次电池容量不够高，渐渐不能满足日益增长的市场需求。而锂硫电池具有超高比容量(1675mAh·g^-1)和高比能量(2600Wh/Kg)，且其原材料硫在地球的储藏丰富、价格低廉，并且安全无污染，因此被认为是未来最具有发展潜力的二次电池之一。

虽然锂硫电池发展前景广阔，但是如硫的电子绝缘性、电池充放电过程中的体积膨胀，尤其是中间产物多硫化物具有的穿梭效应，是导致电池容量衰减、影响循环寿命的重要因素，这些尚未完全解决的问题都阻碍着它的进一步商业化发展。

为了解决上述问题，许多人将多种碳材料与硫进行复合，不但提高了含硫正极的导电性，还利用碳材料的多孔结构对体积膨胀和穿梭效应进行限制。例如：2009年，加拿大Nazar小组成功将CMK-3有序介孔碳与硫复合，利用介孔结构实现了限制多硫化物迁移的目的，有效地提升了电池的循环性能(Ji X,Lee K T,Nazar L F.A highly orderednanostructured carbon–sulphur cathode for lithium–sulphur batteries[J].Naturematerials,2009,8(6):500-506.)；Zhang等成功用Hummers法制备氧化石墨烯，再将其与多硫化钠在酸性条件下混合，得到氧化石墨烯与硫复合材料，不仅能够削弱多硫化物穿梭效应，还提高了正极的导电性(Z.Li,L.Yin,Nanoscale 2015,7,9597.)。

虽然以上方法都在一定程度上限制了多硫化物的溶解，提高了电池的循环稳定性，但是其工艺往往复杂繁琐、生产条件苛刻，且未能够很好地解决电池容量衰减的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极、电池及制备方法，以解决上述现有技术中的问题；本发明工艺简单、所制备锂硫电池效果显著，能够有效抑制多硫化物的穿梭效应和显著改善电池的循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以氮化物/碳纳米管作为隔层的锂硫电池正极，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。

本发明进一步的改进在于，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、Super P、Super C65、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。