[发明专利]正极活性材料及其制备方法、正极材料、正极、及锂硫电池

权利要求书

1.一种锂硫电池正极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供第一金属盐、第二金属盐、含硫前驱体、氧化石墨烯、硫单质、第一溶剂及第二溶剂；

将所述第一金属盐和第二金属盐置于第一溶剂中，进行第一次加热处理，得到多金属氧酸盐；其中，所述第一金属盐和第二金属盐为氯盐、铵盐、醋酸盐或硫酸盐；所述第一金属盐中的金属元素和所述第二金属盐中的金属元素为镍、钴、铜、钼、钛、锌、钪、钨、钒、铌、铬或铁，且所述第一金属盐中的金属元素不同于所述第二金属盐中的金属元素；所述第一溶剂为去离子水、乙醇、丙醇、甲醇、乙二醇及丙酮中的至少一种；所述第一次加热处理的温度为60~220℃，时间为1~24h；

将所述多金属氧酸盐、含硫前驱体、氧化石墨烯置于第二溶剂中，进行第二次加热处理，所述氧化石墨烯被还原为石墨烯，所述多金属氧酸盐与含硫前驱体反应生成异质金属元素掺杂的金属硫化物催化剂，得到复合材料；其中，所述含硫前驱体为硫脲、硫代乙酰胺、硫粉、硫化氢、硫代硫酸钠、硫化钠、二氧化硫及硫酸钠中的至少一种；所述第二溶剂为去离子水、乙醇、丙醇、甲醇、乙二醇及丙酮中的至少一种；所述第二次加热处理的温度为60~220℃，时间为1~24h；及

将所述硫单质和复合材料置于氩气气氛中，在90~300℃热处理1~24h，得到所述锂硫电池正极活性材料；其中，所述锂硫电池正极活性材料含有石墨烯、负载于所述石墨烯上的异质金属元素掺杂的金属硫化物催化剂及硫单质，所述硫单质负载于所述石墨烯和所述异质金属元素掺杂的金属硫化物催化剂上；

所述异质金属元素的质量为所述异质金属元素和金属硫化物中的金属元素的总质量的1~10wt%，所述金属硫化物中的金属元素的质量为所述异质金属元素和金属硫化物中的金属元素的总质量的90~99wt%；所述异质金属元素掺杂的金属硫化物催化剂的质量为所述锂硫电池正极活性材料的总质量的0.1~10%；所述硫单质的质量为所述锂硫电池正极活性材料的总质量的40~90%；所述石墨烯的质量为所述锂硫电池正极活性材料的总质量的0.2~50%；所述复合材料与所述硫单质的质量比为40~95：5~60；所述石墨烯、硫单质及异质金属元素掺杂的金属硫化物催化剂的质量比为2~5：4~9：0.1~1。

2.根据权利要求1所述的锂硫电池正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述异质金属元素掺杂的金属硫化物催化剂均匀地负载于所述石墨烯上；所述异质金属元素和所述金属硫化物中的金属元素均匀分布在所述异质金属元素掺杂的金属硫化物催化剂中。

3.根据权利要求1所述的锂硫电池正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述硫单质均匀地负载于所述石墨烯和异质金属元素掺杂的金属硫化物催化剂上；所述硫单质呈颗粒状，所述硫单质的粒径为10~100nm。

4.根据权利要求1所述的锂硫电池正极活性材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为片状结构，所述片状结构的厚度为1~100µm；所述石墨烯的比表面积为100~1000m²g^-1；所述石墨烯的孔径大小为0.5~100nm。

5.一种锂硫电池正极活性材料，其特征在于，采用如权利要求1至4中任一项所述的锂硫电池正极活性材料的制备方法制备得到。

6.一种正极材料，其特征在于，所述正极材料包括如权利要求5所述的锂硫电池正极活性材料、粘结剂及导电剂。

7.一种正极，其特征在于，所述正极包括集流体和覆着于集流体上的正极膜，所述正极膜的材质为如权利要求6所述的正极材料。

8.一种锂硫电池，其特征在于，所述锂硫电池包括如权利要求7所述的正极、锂负极及电解液，所述正极和钾正极均置于电解液中。