[发明专利]一种固态锂硫电池用复合硫正极、其制备方法和应用

权利要求书

1.一种固态锂硫电池用复合硫正极，其特征在于，由复合硫材料、粘结剂和导电剂制成，所述复合硫材料包括：

具有多孔结构的离子/电子导电载体；

和负载在所述离子/电子导电载体上的硫；

所述离子/电子导电载体包括导电碳成分、锂离子导体和极性吸附成分；

所述复合硫材料具有离子/电子导电的复合结构；

该固态锂硫电池用复合硫正极的制备方法包括以下步骤：

S1、将含碳材料、锂离子导体、极性吸附材料、无机造孔剂和分散剂均分散到溶剂中，进行喷雾干燥，得到前驱粉体；

S2、将所述前驱粉体在保护气氛下进行热处理，使其中的有机成分碳化或分解，之后除去无机造孔剂，得到具有多孔结构的离子/电子导电材料；

S3、将活性硫材料和所述离子/电子导电材料进行复合，使硫分散到离子/电子导电材料中，得到复合硫材料；

S4、将所述复合硫材料、粘结剂和导电剂混合成浆料，涂布于导电基材上，干燥得到复合硫正极。

2.根据权利要求1所述的复合硫正极，其特征在于，所述导电碳成分选自乙炔黑、科琴黑、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯和导电聚合物中的一种或多种；所述锂离子导体选自磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、钛酸镧锂、LISICON结构导锂陶瓷粉体、玻璃态导锂电解质粉体或石榴石结构导锂电解质粉体；所述极性吸附成分选自纳米氧化物、纳米碳化物、纳米氮化物、纳米硫化物和功能化碳量子点中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的复合硫正极，其特征在于，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、海藻酸钠、聚丙烯酸、LA132/LA133和聚环氧乙烷中的一种或多种。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的复合硫正极，其特征在于，所述复合硫材料中硫的含量为60～90wt％。

5.一种固态锂硫电池用复合硫正极的制备方法，包括以下步骤：

S1、将含碳材料、锂离子导体、极性吸附材料、无机造孔剂和分散剂均分散到溶剂中，进行喷雾干燥，得到前驱粉体；

S2、将所述前驱粉体在保护气氛下进行热处理，使其中的有机成分碳化或分解，之后除去无机造孔剂，得到具有多孔结构的离子/电子导电材料；

S3、将活性硫材料和所述离子/电子导电材料进行复合，使硫分散到离子/电子导电材料中，得到复合硫材料；

S4、将所述复合硫材料、粘结剂和导电剂混合成浆料，涂布于导电基材上，干燥得到复合硫正极。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述复合具体为：活性硫材料和所述离子/电子导电材料混合后真空热处理。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述含碳材料选自纤维素、葡萄糖、蔗糖、可碳化树脂和导电碳材料中的一种或多种；所述无机造孔剂选自纳米碳酸钙、纳米氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化锌和碱金属氯化物中的一种或多种；所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和聚乙烯亚胺中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述含碳材料、锂离子导体、极性吸附材料、无机造孔剂和分散剂的质量比例为10～40％：30～60％：5～20％：20～50％：5～15％。

9.如权利要求1～4中任一项所述的复合硫正极在制备固态锂硫电池中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，在制备固态锂硫电池过程中，将锂离子导电聚合物电解质溶液或前驱体渗入到复合硫正极的空隙中，干燥或固化。

11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，所述锂离子导电聚合物电解质选自聚环氧乙烷-锂盐电解质、聚碳酸酯-锂盐、聚乙二醇丙烯酸酯-锂盐、聚硅氧烷-锂盐和聚醚-锂盐中的一种或多种；所述干燥或固化方式包括真空干燥、紫外引发聚合或热引发聚合。