锂硫电池正极材料、制备方法、正极片及锂硫电池技术

本发明专利技术提供了一种锂硫电池正极材料，包括导电基底、单质硫以及位于所述导电基底表面上的第一催化剂与第二催化剂、所述第一催化剂以及第二催化剂相互接触。本发明专利技术提供的所述锂硫电池正极材料能够降低多硫化物穿梭效应。本发明专利技术还提供了一种锂硫电池正极材料的制备方法以及一种正极片和包括所述正极片的锂硫电池。

【技术实现步骤摘要】
锂硫电池正极材料、制备方法、正极片及锂硫电池
本专利技术涉及锂硫电池领域，尤其涉及一种锂硫电池正极材料、所述锂硫电池正极材料的制备方法、正极片及锂硫电池。
技术介绍
锂硫电池因其超高的理论比容量(2600wh·Kg-1)，是新一代最有前景的锂电池。但是锂硫电池在充放电过程中会生成中间态，如多硫化物。其中，多硫化物具有穿梭效应，即多硫化物易溶于电解液，并随着电解液穿梭至电池的负极，导致活性物质的流失。多硫化物的穿梭效应极大的影响了锂硫电池的循环性能，并由此导致锂硫电池容量的衰减。为了解决该问题，目前一方面是对碳基材料进行改性，例如在表面接入官能团或进行杂原子掺杂等，加强碳基体对多硫化物的吸附能力；另一方面是通过金属氧化物、硫化物和多硫化物之间形成较强的键和作用抑制多硫化物的溶解。然而，上述方法只是简单地将硫化物通过物理或化学吸附锚定于正极材料，若硫化物未能及时转化为硫化锂，则会导致正极材料表面的活性位点被占据，因此正极材料上吸附的多硫化物有限，仍然无法较好地阻止穿梭效应。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种能够降低多硫化物穿梭效应的锂硫电池正极材料。另，还有必要提供一种所述锂硫电池正极材料的制备方法。另，还有必要提供一种包括所述锂硫电池正极材料的正极片。另，还有必要提供一种包括所述正极片的锂硫电池。本专利技术提供一种锂硫电池正极材料，包括导电基底、单质硫以及位于所述导电基底表面上的第一催化剂与第二催化剂、所述第一催化剂以及第二催化剂相互接触。本专利技术还提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：将导电基底悬浮液与表面活性剂加入到溶剂中，混合后形成第一分散液；将第一金属盐加入到所述第一分散液中，混合并加热后得到第二分散液；将第二金属盐以及含硫前驱体加入到所述第二分散液中，混合并加热后得到第三分散液；分离所述第三分散液的固相并干燥，得到导电复合材料；以及将单质硫与所述导电复合材料混合，从而得到所述锂硫电池正极材料。本专利技术还提供一种正极片，包括所述的锂硫电池正极材料，所述正极片还包括集流体、导电剂以及粘结剂，所述锂硫电池正极材料涂覆于所述集流体的表面上。本专利技术还提供一种锂硫电池，包括所述的正极片。本专利技术提供的所述锂硫电池正极材料可同时提供强大的化学吸附作用以及充足的催化活性位点，并诱导多硫化物，即锂硫电池在循环过程中的中间产物在正极材料上均匀沉积。其中，所述第一催化剂和所述第二催化剂对多硫化物具有化学吸附作用。同时，所述锂硫电池正极材料包括所述第一催化剂和所述第二催化剂，使得所述锂硫电池正极材料具有双向催化效应。所述第一催化剂和所述第二催化剂可分别促进多硫化物发生氧化和还原反应，降低了多硫化物的穿梭效应。此外，所述第一催化剂和所述第二催化剂分别由不同的材料组成，且所述第一催化剂以及第二催化剂相互紧密接触形成异质结构，使得电子在两者的界面处传输，可加速所述锂硫电池内部的氧化还原反应。附图说明图1是本专利技术较佳实施例中的锂硫电池正极材料的结构示意图。图2是本专利技术较佳实施例中的锂硫电池正极材料的制备方法的流程图。图3是本专利技术实施例1、对比例1以及对比例2中的锂硫电池正极材料组装的锂硫电池的循环测试图。主要元件符号说明锂硫电池正极材料100导电基底10单质硫20第一催化剂30第二催化剂40如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。请参阅图1，本专利技术较佳实施例提供一种锂硫电池正极材料100，包括导电基底10、单质硫20、以及位于所述导电基底10表面上的第一催化剂30以及第二催化剂40。在本实施方式中，所述导电基底10的电导率大于105S/m，所述导电基底10的比表面积大于10m2g-1。其中，所述导电基底10的比表面积大于一定的数值是为了给所述第一催化剂30以及所述第二催化剂40提供足够的负载位置。如果所述第一催化剂30以及所述第二催化剂40的含量降低，所述导电基底10的比表面积可相应的降低。所述导电基底10占所述锂硫电池正极材料100质量的比例为1％-30％。所述导电基底10可为还原氧化石墨烯。在本实施方式中，所述单质硫20占所述锂硫电池正极材料100质量的比例为40％-90％。优选地，所述单质硫20占所述锂硫电池正极材料100质量的比例为40％-60％。所述第一催化剂30以及第二催化剂40相互接触。所述第一催化剂30和所述第二催化剂40占所述锂硫电池正极材料100质量的比例为0.5％-30％。所述第一催化剂30以及所述第二催化剂40占所述第一催化剂30与所述第二催化剂40总质量的比例均大于或等于10％。所述第一催化剂30与所述第二催化剂40两者的总质量占所述第一催化剂30、所述第二催化剂40以及所述导电基底10三者的总质量的比例大于或等于1％。在一定范围内，所述第一催化剂30与所述第二催化剂40两者的总质量占所述锂硫电池正极材料100质量的比例越低越好。如果提高所述第一催化剂30与所述第二催化剂40的含量，则所制备的锂硫电池的整体能量密度越低。所述第一催化剂30和所述第二催化剂40分别用于催化锂硫电池中的氧化反应(充电)和还原反应(放电)。在本实施方式中，所述第一催化剂30包括氧化钛、氧化锰、氧化钒、氧化铝、氧化锡、氧化锌、氧化钴、氧化锆、氧化铌、氧化钼、氧化镁、氧化铁、氧化镧、氧化钙以及氧化铯中的至少一种。在本实施方式中，所述第二催化剂40包括硫化钴、硫化钼、硫化锡、硫化钨、硫化钛、硫化锰、硫化铁、硫化镍、硫化钒、硫化铜以及硫化锌中的至少一种。所述第一催化剂30以及所述第二催化剂40的粒径均为5nm-5μm。优选地，所述第一催化剂30以及所述第二催化剂40的粒径均为10nm-500nm。所述第一催化剂30的粒径大小以及所述第二催化剂40的粒径大小会影响各自的催化活性。原则上是所述第一催化剂30的粒径以及所述第二催化剂40的粒径越小，其催化活性越高，反之则催化活性越低。请参阅图2，本专利技术较佳实施例还提供一种所述锂硫电池正极材料100的制备方法，包括以下步骤：步骤S11，将导电基底10悬浮液与表面活性剂加入到溶剂中，混合后形成第一分散液。其中，所述导电基底10悬浮液中导电基底10的浓度为0.05-10gL-1，所述表面活性剂的浓度为0.5-10molL-1。所述表面活性剂可以为十六烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池正极材料，其特征在于，包括导电基底、单质硫以及位于所述导电基底表面上的第一催化剂与第二催化剂、所述第一催化剂以及第二催化剂相互接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极材料，其特征在于，包括导电基底、单质硫以及位于所述导电基底表面上的第一催化剂与第二催化剂、所述第一催化剂以及第二催化剂相互接触。


2.如权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述第一催化剂包括氧化钛、氧化锰、氧化钒、氧化铝、氧化锡、氧化锌、氧化钴、氧化锆、氧化铌、氧化钼、氧化镁、氧化铁、氧化镧、氧化钙以及氧化铯中的至少一种，所述第二催化剂包括硫化钴、硫化钼、硫化锡、硫化钨、硫化钛、硫化锰、硫化铁、硫化镍、硫化钒、硫化铜以及硫化锌中的至少一种，所述第一催化剂以及所述第二催化剂的粒径均为5nm-5μm。


3.如权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述第一催化剂和所述第二催化剂占所述锂硫电池正极材料质量的比例为0.5％-30％。


4.如权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述导电基底的电导率大于105S/m，所述导电基底的比表面积大于10m2g-1。


5.如权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述单质硫占所述锂硫电池正极材料质量的比例为40％-90％。


6.一种如权利要求1-5中任一项所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将导电基底悬浮液与表面活性剂加入到溶剂中，混合后...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕伟，王若琛，邓亚茜，罗冲，杨全红，康飞宇，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44