用于锂硫电池的正极材料及制备方法和锂硫电池技术

本发明专利技术提供了一种用于锂硫电池的正极材料及制备方法和锂硫电池，涉及锂硫电池技术领域，所述锂硫电池正极材料包括导电基底材料、硫粉和含极性基团的聚合物；硫粉负载于导电基底材料，形成复合物；含极性基团的聚合物分散于所述复合物，缓解了现有的锂硫电池中，以单质硫为正极时，硫单质的产物Li2S2和Li2S易溶解在电解质中，造成锂硫电池容量衰减过快，从而造成锂硫电池的循环性能差的技术问题，本发明专利技术提供的正极材料，当单质硫反应生成锂硫化物时，含极性基团的聚合物中的极性基团能够吸附锂硫化物，减少甚至避免锂硫化物溶解在电解质中，从而显著降低了锂硫电池的容量衰减速率，提升锂硫电池的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
用于锂硫电池的正极材料及制备方法和锂硫电池
本专利技术涉及锂硫电池
，尤其是涉及一种用于锂硫电池的正极材料及制备方法和锂硫电池。
技术介绍
电动车和移动电子设备的飞速发展迫切需要开发更高能量密度的电池。目前锂离子电池的实验室比能量虽已达到250Wh/kg，但受正极材料比容量的限制，其比能量很难再有较大提高；现有技术需要进一步提高锂离子电池的比容量和充电电压，但是这将加剧安全问题的出现。因而为了满足对能量的需求，现有技术中发展了新的化学储能体系。在新的储能体系中，以金属锂为负极、单质硫为正极的锂硫电池的理论比容量高达1675mAhg-1，理论能量密度高达2600Whkg-1，在电动汽车领域备受关注，被认为是下一代锂离子电池之一。然而，现有的锂硫电池中，以单质硫为正极时，硫单质的产物Li2S2和Li2S易溶解在电解质中，造成锂硫电池容量衰减过快，从而造成锂硫电池的循环性能差的应用难题。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种锂硫电池正极材料，以缓解了现有的锂硫电池中，以单质硫为正极时，硫单质的产物Li2S2和Li2S易溶解在电解质中，造成锂硫电池容量衰减过快，从而造成锂硫电池的循环性能差的技术问题。本专利技术提供的用于锂硫电池正极材料，包括导电基底材料、硫粉和含极性基团的聚合物，所述硫粉负载于所述导电基底材料，形成复合物，所述含极性基团的聚合物分散于所述复合物中。进一步的，所述含极性基团的聚合物为聚氰基丙烯酸酯。进一步的，所述聚氰基丙烯酸酯选自聚氰基丙烯酸甲酯、聚氰基丙烯酸乙酯或聚氰基丙烯酸丁酯中的至少一种，优选为聚氰基丙烯酸甲酯；优选地，所述含极性基团的聚合物与所述复合物的质量比为5-20：95-80。进一步的，所述导电基底材料为多孔碳。本专利技术的目的之二在于提供一种用于锂硫电池的正极材料的制备方法，包括如下步骤：(a)将导电基底材料和硫粉混合，使得硫粉负载于所述导电基底材料，得到复合物；(b)将所述复合物和含极性基团的单体混合均匀，并使所述单体进行聚合，得到用于锂硫电池的正极材料，其中，所述正极材料包括导电基底材料、硫粉和含极性基团的聚合物；所述硫粉负载于所述导电基底材料，形成复合物；所述含极性基团的聚合物分散于所述复合物中。进一步的，所述单体与所述碳硫复合物的质量比为5-20：95-80。进一步的，所述含极性基团的聚合物单体为氰基丙烯酸酯；优选地，所述聚氰基丙烯酸酯选自聚氰基丙烯酸甲酯、聚氰基丙烯酸乙酯或聚氰基丙烯酸丁酯中的至少一种，优选为聚氰基丙烯酸甲酯；进一步的，在步骤(b)中，在惰性气氛中，在无水条件下，先将复合物与氰基丙烯酸甲酯均匀分散于有机溶剂中，进行球磨，然后通入水汽，使聚氰基丙烯酸酯在水的作用下发生聚合反应，最后去除有机溶剂，得到所述正极材料；本专利技术的目的之三在于提供一种锂硫电池，包括本专利技术提供的的正极材料或按照照本专利技术提供的制备方法得到的正极材料。本专利技术提供的用于锂硫电池的正极材料，当正极材料用于锂硫电池中时，单质硫反应生成锂硫化物，含极性基团的聚合物中的极性基团能够吸附锂硫化物，减少甚至避免锂硫化物溶解在电解质中，从而显著降低了锂硫电池的容量衰减速率，提升锂硫电池的循环稳定性；尤其是当导电基底材料为多孔碳时，通过多孔碳和硫的协同作用，提高了正极材料的导电性能。另外，本专利技术提供的用于锂硫电池的正极材料能够利用聚合物中的极性基团的极性作用，显著改善正极材料与电解质的浸润性，提高锂离子的传输能力；同时极性基团的聚合物自身具有粘性，在正极材料使用时可以和正极集流体粘结，而无需额外添加粘结剂。本专利技术提供的用于锂硫电池的正极材料的制备方法，通过先将硫粉负载于导电基底材料上，得到复合物；然后再在复合物上进行聚合，得到含极性基团聚合物均匀分散于复合物的正极材料；当正极材料用于锂硫电池中时，含极性基团的聚合物中的极性基团能够吸附单质硫在反应过程中产生的锂硫化物，减少甚至避免锂硫化物在电解质中的溶解，从而显著降低锂硫电池的容量衰减速率，提升锂硫电池的循环稳定性；当导电基底材料为多孔碳时，通过多孔碳和硫的协同作用，提高了正极材料的导电性能。本专利技术提供的锂硫电池，采用本专利技术提供的正极材料或本专利技术提供提供的制备方法制备得到的正极材料，能够吸附硫单质在反应中生成的锂硫化物，从而降低了锂硫电池的容量衰减速率，提升循环稳定性；另外聚合物自己具有粘结性能，可以不用额外添加粘结剂。具体实施方式下面对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种锂硫电池正极材料，包括导电基底材料、硫粉和含极性基团的聚合物，所述硫粉负载于所述导电基底材料，形成复合物，所述含极性基团聚合物分散于所述复合物。本专利技术提供的用于锂硫电池的正极材料，当正极材料用于锂硫电池中时，单质硫反应生成锂硫化物，含极性基团的聚合物中的极性基团能够吸附锂硫化物，减少甚至避免锂硫化物溶解在电解质中，从而显著降低了锂硫电池的容量衰减速率，提升锂硫电池的循环稳定性。另外，本专利技术提供的用于锂硫电池的正极材料能够利用聚合物中的极性基团的极性作用，显著改善正极材料与电解质的浸润性，提高锂离子的传输能力；同时极性基团的聚合物自身具有粘性，在正极材料使用时可以和正极集流体粘结，而无需额外添加粘结剂。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述含极性基团的聚合物为聚氰基丙烯酸酯。聚氰基丙烯酸酯含有氰基和酯基，不仅对锂硫化物具有强吸附作用，能够有效减少甚至避免锂硫化物溶解在电解质中，而且能够与正极集流体发生粘结，使得锂硫电池正极材料与正极集流体紧密结合，从而提高锂硫电池正极材料中的硫含量，有助于提升锂硫电池的比容量。在本专利技术的进一步优选实施方式中，所述聚氰基丙烯酸酯选自聚氰基丙烯酸甲酯、聚氰基丙烯酸乙酯或聚氰基丙烯酸丁酯中一种或几种。在本专利技术的一种优选实施方式中，含极性基团的聚合物与碳硫复合物的质量比为5-20:95-80。在本专利技术的典型但非限制性的实施方式中，含极性基团的聚合物与复合物的质量比如为5:95、8:92、10:90、12:88、15:85、18:82或20:80。通过将含极性基团的聚合物与复合物的质量比限定为5-20:95-80，使得含极性基团的聚合物既能够吸附锂硫化物，又能够改善正极材料与电解质的浸润性，还能够与正极集流体粘结，而无需额外添加粘结剂，从而显著降低了锂硫电池的容量衰减速率，提高了锂离子传输能力，提升了锂硫电池的循环稳定性。当含极性基团的聚合物的质量比小于5～20的范围时，其含量太少不能有效吸附锂硫化物；当含极性基团的聚合物的质量比大于5～20时的范围时，含量太高影响复合物的导电性，从而会影响电池的性能。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述导电基底材料为多孔碳。当导电基底材料选用多孔碳时，多孔碳和硫协同作用，提高了正极材料的导电性。在本专利技术的一种优选实施方式中，多孔碳选自科琴黑、乙炔黑和石墨烯中的至少一种，优选为科琴黑。多孔科琴黑、多孔乙炔黑或多孔石墨烯不仅比表面积大，孔体积高，能够有效提高硫粉的负载率，同时还能够与硫粉相互协同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂硫电池的正极材料，其特征在于，包括导电基底材料、硫粉和含极性基团的聚合物；所述硫粉负载于所述导电基底材料，形成复合物；所述含极性基团的聚合物分散于所述复合物中。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂硫电池的正极材料，其特征在于，包括导电基底材料、硫粉和含极性基团的聚合物；所述硫粉负载于所述导电基底材料，形成复合物；所述含极性基团的聚合物分散于所述复合物中。2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述含极性基团的聚合物为聚氰基丙烯酸酯。3.根据权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述聚氰基丙烯酸酯选自聚氰基丙烯酸甲酯、聚氰基丙烯酸乙酯或聚氰基丙烯酸丁酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述含极性基团的聚合物与所述复合物的质量比为5-20:95-80。5.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述导电基底材料为多孔碳。6.一种用于锂硫电池的正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)将导电基底材料和硫粉混合，使得硫粉负载于所述导电基底材料，得到复合物；(b)将所述复合物和含极性基团的单体混合均匀，并使所述单体进行聚合，得到用于锂硫电池的正极材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯菲，苗力孝，
申请(专利权)人：桑德集团有限公司，桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：西藏,54