[发明专利]一种基于固相反应机制的硫正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于二次电池领域，并具体公开了一种基于固相反应机制的硫正极材料及其制备方法，该硫正极材料包括PAN/S_mSe_nTe_1‑m‑n外壳和S_xSe_y内核，其中，所述S_xSe_y内核位于所述PAN/S_mSe_nTe_1‑m‑n外壳的内部，且所述S_xSe_y内核和PAN/S_mSe_nTe_1‑m‑n外壳之间存在空腔；本发明的硫正极材料在碳酸酯类电解液中以固相反应机制工作，充放电时该材料的表面形成一层导锂离子的固体电解质界面膜，锂离子通过界面膜传导与活性物质S_xSe_y发生电化学反应，可以彻底杜绝可溶性多硫化锂的形成和溶剂化过程，从根本上提升锂硫电池的循环稳定性和降低电解液用量。

技术领域

本发明属于二次电池领域，更具体地，涉及一种基于固相反应机制的硫正极材料及其制备方法。

背景技术

基于转化反应机理的锂硫电池理论能量密度高达2600Wh/kg，并且硫资源广泛，较好地满足了未来电池具备高能量密度、低成本和绿色环保的要求，在新能源汽车、无人飞行器以及智能穿戴等领域显示广阔的应用前景。然而，硫正极在醚类电解液中的反应为“固-液-固”历程，活性物质硫在充放电过程中产生的长链多硫化锂(Li₂S_n；4≤n≤8)易溶解醚类电解液中，导致“穿梭效应”和电解液用量高，降低了电池的循环稳定性和实际能量密度；此外，硫在充放电过程中的体积变化高达80％，造成电极材料的粉化和结构的坍塌，使得循环稳定性变差。

为了解决上述问题，研究人员构筑各种新颖的硫载体，通过物理限域、化学吸附以及催化转化Li₂S_n，能有效抑制Li₂S_n溶解；或者添加阻挡层、修饰隔膜来阻挡Li₂S_n穿梭，可以从一定程度解决上述问题，提升锂硫电池的性能。但是，从热力学角度来说，锂硫电池中“固-液-固”的电化学机制存在，Li₂S_n的溶解以及穿梭效应难以从根本上得到抑制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于固相反应机制的硫正极材料及其制备方法，其目的在于，采用静电纺丝和原位转化的方法制备空腔结构的核壳材料S_xSe_y@PAN/S_mSe_nTe_1-m-n，该硫正极材料的表面为一层可以导锂离子的界面膜，可以阻挡电解液与活性物质硫直接接触，而锂离子可以通过这层界面膜传导和活性物质硫发生反应，从而将锂硫电池的“固-液-固”反应过程转变为“固-固”过程，彻底杜绝多硫化锂的形成和溶剂化过程，从根本上提升循环稳定性和降低电解液用量。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种基于固相反应机制的硫正极材料，该硫正极材料为S_xSe_y@PAN/S_mSe_nTe_1-m-n，x+y＝1，m+n≤1，其包括PAN/S_mSe_nTe_1-m-n外壳和S_xSe_y内核，其中，所述S_xSe_y内核位于所述PAN/S_mSe_nTe_1-m-n外壳的内部，且所述S_xSe_y内核和PAN/S_mSe_nTe_1-m-n外壳之间存在空腔。