[发明专利]一种锂硫电池正极材料及其制备方法、电极片及锂硫电池

说明书

本发明属于化学电源相关技术领域，其公开了一种锂硫电池正极材料及其制备方法、电极片及锂硫电池，该锂硫电池正极材料是由有机物与硫粉熔融后形成的液态硫通过共聚合反应形成的，其通过化学键合的方式进行固硫；所述锂硫电池正极材料中硫的质量含量为50％～90％。所述制备方法包括以下步骤：(1)对硫粉进行热处理以得到液态硫，并向所述液态硫中添加有机物进行高温固化以得到混合物；(2)将所述混合物依次进行研磨及热处理以使所述硫粉与所述有机物进一步发生共聚反应，由此得到所述锂硫电池正极材料。本发明是通过化学键合的方法来有效固硫，实现电池的稳定循环，且含有高的硫含量，提高了电池能量密度及硫的利用率，降低了生产成本。

技术领域

本发明属于化学电源相关技术领域，更具体地，涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法、电极片及锂硫电池。

背景技术

随着电子设备在我们的日常生活中的广泛应用，目前的可充电电池即将无法满足日益增长的需求。由于硫正极和锂负极都具有高的理论比容量，锂硫电池的研究热度逐渐升温。此外，硫丰富的矿产量和环境友好性都将有利于市场的实际推广。随着过去十年的不断研究，锂硫电池作为下一代储能系统方兴未艾。

然而，有几个重要的问题阻碍了锂硫电池的应用，其主要缺点是由于多硫化锂(LiPSs)溶解导致的“穿梭效应”，这会导致容量的快速衰减。此外，硫及其放电产物固有的电绝缘性质以及锂化和脱锂时的体积变化也会对电池产生不利影响。为了解决上述问题，多尺度和多维度碳质材料被用来提供LiPS的物理限制，例如微/介孔碳、碳纳米球/纤维/片、功能化石墨烯等，在短期循环期间内具有不错的效果。此外，包括过渡金属氧化物/硫化物/碳化物/磷化物等多种吸附剂材料可以通过极性相互作用或者路易斯酸基相互作用捕获可溶性多硫化物阴离子，这种方法也可以提高电池的循环稳定性。

由于传统的物理限制方法不能改变循环过程中容量仍显著降低的情况，此外复杂的合成方法和其他物质的引入将不可避免地提高实际应用中的生产成本以及减低活性物质硫的利用率。这些因素限制了硫复合正极材料中的硫含量，导致复合材料的电池能量密度较低。相应地，本领域存在着发展一种硫含量较高的锂硫电池正极材料及其制备方法、电极片及锂硫电池的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种锂硫电池正极材料及其制备方法、电极片及锂硫电池，其基于现有锂硫电池的特点，研究及设计了一种硫含量较高的锂硫电池正极材料及其制备方法、电极片及锂硫电池。所述锂硫电池正极材料是通过化学键合的方法来有效固硫，以实现电池的稳定循环，且含有高的硫含量，提高了电池能量密度及硫的利用率，降低了生产成本。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种锂硫电池正极材料，所述锂硫电池正极材料是由有机物与硫粉熔融后形成的液态硫通过共聚合反应形成的，其通过化学键合的方式进行固硫；所述锂硫电池正极材料中硫的质量含量为50％～90％。

进一步地，所述有机物与所述硫粉的质量比为1:9～1:3。

进一步地，所述锂硫电池正极材料的表面为多孔结构。

进一步地，所述锂硫电池正极材料的表面孔径为100nm～1μm。

按照本发明的另一个方面，提供了一种锂硫电池正极材料的制备方法，如上所述的锂硫电池正极材料是采用所述制备方法制成的。

进一步地，所述制备方法包括以下步骤：(1)对硫粉进行热处理以得到液态硫，并向所述液态硫中添加有机物进行高温固化以得到混合物；(2)将所述混合物依次进行研磨及热处理以使所述硫粉与所述有机物进一步发生共聚反应，由此得到所述锂硫电池正极材料。

进一步地，步骤(1)中采用的热处理方式为升温到175℃～185℃后保温3h～6h。

进一步地，步骤(2)中的热处理温度为250℃～350℃，升温速率为2℃/min～5℃/min。