[发明专利]一种硫复合正极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种硫复合正极材料的制备方法及其应用，该硫复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：1)将锂离子基质材料和导电基质材料混合后，球磨，得到混合物A；2)将单质硫与所述混合物A混合后，球磨，得到混合物B；3)在惰性气体保护下，采用熔融扩散法将所述混合物B热处理，然后，冷却，得到硫复合正极材料。本发明可将硫有效的固定在锂离子基质材料和导电基质材料中，使得复合硫正极具有良好的离子和电子导电性能，所组装的全固态锂硫电池表现出很好的循环性能和较高的放电比容量和容量保持率，具有较强的实用性。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种硫复合正极材料的制备方法及其应用。

背景技术

目前商业化的锂离子电池的正极材料是LiFePO₄和LiCoO₂，负极材料是石墨或硬碳。经过多年的发展，商业化的锂离子电池的实际能量已经接近于其理论比能量。然而由于电极材料固有的低的理论比容量和比能量，很难进一步提升其容量和能量密度。因此，开发新型的高能量密度电极材料(比如多电子反应电极材料、高氧化还原电压电极材料)以及基于新化学原理的新型锂二次电池体系迫在眉睫。Li-S电池以高理论比容量的硫(1675mAh/g)和金属锂(3860mAh/g)作为电极材料为，其比容量远高于以石墨负极(372mAh/g)和钴酸锂(274mAh/g)/磷酸铁锂(170mAh/g)正极构成的锂离子电池。此外，硫的来源广泛、储量丰富、成本低廉。因此高比能量及比容量的锂硫电池将是下一代最具有发展前景的二次电池。

然而，锂硫电池依然存在许多问题，例如硫的导电性差，充放电过程中的体积膨胀，目前主要解决的方法是将硫与导电材料以及极性材料复合以提高硫正极的导电性，但始终无法避免锂硫电池的另一问题—多硫化物的穿梭效应，值得注意的是采用固体电解质的全固态锂硫电池在原理上可以有效地解决液态锂硫电池中的“穿梭效应”。但全固态锂硫电池相比于采用电解液为介质的液态锂硫电池，固态锂硫电池中活性物质硫电子绝缘以及离子绝缘，以致于正极锂离子迁移速率慢，影响电池的充放电性能。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种硫复合正极材料的制备方法，以解决现有全固态锂硫电池中正极锂离子迁移速率慢，导致电池的充放电性能较低的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种硫复合正极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将锂离子基质材料和导电基质材料混合后，球磨，得到混合物A；

2)将单质硫与所述混合物A混合后，球磨，得到混合物B；

3)在惰性气体保护下，采用熔融扩散法将所述混合物B热处理，然后，冷却，得到硫复合正极材料。

可选地，所述步骤1)中所述锂离子基质材料为LiI、LIBr、LiCl、LiTFSi、Li₇La₃Zr₂O₁₂、Li_6.4Ga_0.2La₃Zr₂O₁₂、Li_0.33La_0.557TiO₃、Li₅La₃ZrNb₂O₁₂、Li₃PS₄中的一种或多种。

可选地，所述步骤1)中所述导电基质材料为有序介孔碳、碳纳米纤维、科琴黑、多壁式碳纳米管、金属有机框架、石墨烯、氮掺杂多孔碳、氮掺杂多壁式碳纳米管、硼掺杂多孔碳、硼掺杂多壁式碳纳米管、磷掺杂多孔碳、磷掺杂多壁式碳纳米管、单壁式碳纳米管/微孔碳、多壁式碳纳米管/介孔碳、多壁式碳纳米管/中空纳米管、有序介孔碳/微孔碳中的一种或多种。