一种锂硫电池正极宿主材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种锂硫电池正极宿主材料及其制备方法和应用，该锂硫电池正极宿主材料包括改性碳基材料和过渡金属硫化物；所述改性碳基材料上负载过渡金属硫化物；所述改性碳基材料为经强酸改性的碳基材料；所述碳基材料具有微孔或空腔

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池正极宿主材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池领域，具体涉及一种锂硫电池正极宿主材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]相比于传统锂离子电池，锂硫电池，具有更高的能量密度
(600Wh kg
‑1)
，是一种理想的储能设备
。
然而锂硫电池仍然面临着严峻的考验：
(1)
锂硫电池直接以锂金属为负极，而其枝晶问题至今仍没有被有效的解决，且锂金属在大倍率下会生成死锂导致活性物质流失
、
电池性能衰减；
(2)
锂硫电池正极在充放电过程中会涉及硫
(
固
)
‑
多硫化锂
(
液
)
‑
二硫化二锂
/
硫化锂
(
固
)
的多相转化过程，而溶解于电解液的多硫化物会在电场作用下穿梭到负极与锂发生不可逆的化学转化，导致硫组分的流失；
(3)
硫正极在放电过程中会发生体积膨胀，经历多次循环后，会导致正极支撑材料机械结构破坏粉化
。
为了解决上述问题，现有技术中的解决方案一般涉及到复杂的合成过程，如水热
、
电镀
、
以及其它液相合成方法等，除此以外，还存在利用
MOF
材料解决上述问题，但是在合成
MOF
过程中原材料具有高昂的价格
。
而在大规模应用过程中，无论是复杂的合成过程还是高昂的成本都会限制锂硫电池的商业化应用
。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种锂硫电池正极宿主材料
。
[0004]本专利技术的目的之二在于提供一种锂硫电池正极宿主材料的制备方法
。
[0005]本专利技术的目的之三在于提供一种锂硫电池正极
。
[0006]本专利技术的目的之四在于提供一种锂硫电池
。
[0007]本专利技术的目的之五在于提供一种锂硫电池正极宿主材料在电池领域中的应用
。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0009]本专利技术的第一个方面在于提供一种锂硫电池正极宿主材料，包括改性碳基材料和过渡金属硫化物；所述改性碳基材料上负载过渡金属硫化物；所述改性碳基材料为经强酸改性的碳基材料；所述碳基材料具有微孔或空腔
。
[0010]本专利技术基于碳基材料本身所具有的空间结构，通过对碳基材料进行改性处理，在碳基材料表面构建极性位点，将改性后的碳基材料添加进硫正极浆料中，碳基材料表面的极性基团在充放电过程中可以实现对多硫化物的吸附，且附着的过渡金属硫化物可以对多硫化物的转化过程起到催化作用，加速多硫化锂向
Li2S2/Li2S
的转化过程，减少液相物质存在时间从而降低活性物质的流失
。
此外，在载硫后将碳基材料作为添加剂加入硫正极浆料中，碳基材料本身具有的空腔结构为硫正极的体积膨胀预留了空间，并为电解液提供了储存空间和更多的反应界面，实现提升硫正极综合性能的目的
。
[0011]优选地，所述改性碳基材料和过渡金属硫化物的质量比为1：
(1
～
15)
；进一步优选
地，所述改性碳基材料和过渡金属硫化物的质量比为1：
(1
～
12)
；再进一步优选地，所述改性碳基材料和过渡金属硫化物的质量比为1：
(2
～
10)。
[0012]优选地，所述强酸选自硫酸
、
硝酸
、
盐酸
。
[0013]优选地，所述过渡金属硫化物选自
CoS、FeS、MnS
中的至少一种
。
[0014]优选地，所述碳基材料为空心碳球
。
空心碳球的空腔结构具有易进难出的物理限域特性，多硫化物一旦扩散进入空腔便很难扩散出来，进一步防止多硫化物穿梭效应
。
[0015]本专利技术的第二个方面提供了本专利技术第一个方面提供的锂硫电池正极宿主材料的制备方法，包括以下步骤：
[0016]S1
：将碳基材料与强酸混合并回流，制得改性碳基材料；
[0017]S2
：将改性碳基材料
、
过渡金属硫化物
、
水混合超声，然后与酸反应，制得所述锂硫电池正极宿主材料
。
[0018]优选地，所述酸包括盐酸
。
[0019]优选地，所述超声时间为1～
10h
；进一步优选地，所述超声时间为2～
8h
；再进一步优选地，所述超声时间为2～
5h。
[0020]优选地，所述步骤
S1
还包括使用水将回流产物清洗的步骤
。
[0021]优选地，所述步骤
S2
还包括用水清洗并烘干的步骤；所述用水清洗并烘干的步骤位于与酸反应步骤之后
。
[0022]本专利技术的第三个方面提供了一种锂硫电池正极，包括导电基底材料和导电层；所述导电层是由涂覆在导电基底材料上的导电浆液干燥制成，所述导电浆液包括本专利技术第一个方面提供的所述的锂硫电池正极宿主材料和碳硫混合物
。
[0023]优选地，所述锂硫电池正极宿主材料和碳硫混合物的质量比为1：
(5
～
80)
；进一步优选地，所述锂硫电池正极宿主材料和碳硫混合物的质量比为1：
(10
～
80)。
[0024]优选地，所述导电浆液还包括粘结剂和溶剂
。
[0025]优选地，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯
(PVDF)、SPR、
过氧乙酰硝酸酯
(PAN)
中的至少一种
。
[0026]优选地，所述粘结剂与锂硫电池正极宿主材料的质量比为
(1
～
1.5):1
；进一步优选地，所述粘结剂与锂硫电池正极宿主材料的质量比为
(1
～
1.2):1。
[0027]优选地，所述溶剂包括
N
‑
甲基吡咯烷酮
。
[0028]优选地，所述导电基底材料选自碳纸
、
碳布
、
铝箔中的一种
。
[0029]优选地，所述碳硫混合物为导电碳材料与硫单质的混合物；导电碳材料与硫单质可以以任意比例混合
。
[0030]本专利技术的第四个方面提供了一种锂硫电池，包括本专利技术第三个方面提供的所述的锂硫电池正极
。
[0031]所述锂硫电池包括上述锂硫电池正极的所有特征和优点
。
[0032]本专利技术的第五个方面提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂硫电池正极宿主材料，其特征在于：包括改性碳基材料和过渡金属硫化物；所述改性碳基材料上负载过渡金属硫化物；所述改性碳基材料为经强酸改性的碳基材料；所述碳基材料具有微孔或空腔
。2.
根据权利要求1所述锂硫电池正极宿主材料，其特征在于：所述改性碳基材料和过渡金属硫化物的质量比为1：
(1
～
15)。3.
根据权利要求1所述锂硫电池正极宿主材料，其特征在于：所述强酸选自硫酸
、
硝酸
、
盐酸
。4.
根据权利要求1或2所述锂硫电池正极宿主材料，其特征在于：所述过渡金属硫化物选自
CoS、FeS、MnS
中的至少一种；和
/
或，所述碳基材料为空心碳球
。5.
权利要求1～4任一项所述的锂硫电池正极宿主材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1
：将碳基材料与强...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏子栋，李存璞，童成，罗小雪，汪涛，
申请(专利权)人：重庆大学锂电及新材料遂宁研究院，
类型：发明
国别省市：