本发明专利技术提供一种硫电极的正极添加剂，其中所述添加剂为高比表面积的无机纳米材料，所述纳米颗粒的大小为2-800nm。本发明专利技术还提供含有正极添加剂的正极以及电池。本发明专利技术提供了一种提高正极材料电导率及抑制穿梭效应的正极添加剂以及所获得的电极和电池。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种含有添加剂的硫正极极片及其组成的锂硫电池，属于电化学
技术介绍
目前，电化学储能及转换装置在生活中应用越来越普遍，如手机、电脑、电动车、及其它便携式电子产品及电化学储能等。其中锂电池由于具有高的比能量收到广泛关注，已经在小型便携式电子设备中占据绝大部分市场。而随着经济社会的发展，人们对高比能量、高使用寿命、高安全性、低成本的下一代锂电池提出了迫切期望。在所有锂电池中，硫系材料为正极的锂硫电池以其独特的优势吸引了众多的研究目光。单质硫理论比容量为1675mAh/g，理论比能量为2600Wh/Kg，是目前商用过渡金属氧 化物正极容量的十倍，为目前可实用化正极材料中比容量最高的一种锂电池正极材料。不仅如此，锂硫电池2. IV的高放电平台可以满足市场上的多种需求。并且，硫电极的无污染、价格低廉、自然界含量丰富、过充保护机制等优点使其成为很有发展前景的正极材料。虽然硫电极具有诸多优点，但是经过数十年的发展仍旧没有达到常温商业应用水平。电池中存在的硫及电池反应中生成的多硫化物的电导性差，造成的电极反应可逆性差、倍率性能差；电池反应过程中生成的多硫化物会在电解液中溶解，并且电解液中移动至负极与金属锂直接发生反应，这一现象称为穿梭效应，穿梭效应造成电池容量衰减、库伦效率低。因此，如何提高正极材料电导率及抑制穿梭效应成为当前锂硫电池研究的重点。现阶段研究工作者侧重于采用不同结构的碳材料或导电聚合物对硫电极进行修饰，如介孔碳、碳纳米管、石墨烯，聚合物纳米管等，其主要目标是把单质硫限制在碳材料或导电聚合物所形成的特殊结构中，一方面可以增强电极的导电性，另外一方面则会限制反应中生成多硫化物的溶解，进而防止穿梭效应的产生。该种研究方法取得一定成果，但是其主要缺点是特殊结构碳材料或导电聚合物制备工艺复杂，不利于大规模生产和商业化应用，并且由于体积效应的存在，电池的循环性能需要进一步改善。Young-Jin采用溅射的方法在硫颗粒的表面包覆碳层，复合材料首次放电比容量1178mAh/g,但是，电池循环50周之后放电比容量容量不足原来的一半，仅仅为500mAh/g，其原因就在于电池循环过程中体积效应引起结构的破坏(Y. J. Choi, Y. D. Chuang, C.Y. Baek, K. ff. Kim, J. H. Ahn. Journal of Power Sources (能源杂志),184:548-552)。J. Wang等在硫颗粒表面聚合一层聚批咯,形成聚批咯与硫的核壳结构，复合材料电极首次放电比容量达1280mAh/g,但是电池循环20周之后放电比容量仅仅剩余600mAh/g,容量保持率不足 50 % (J. Wang, J. Chen, K. konstantinov, L. Zhao, S. H. Ng, G. X. Wang, Z.P. Guo, Η. K. Liu. Electrochimica Acta (电化学学报),51:4634-4638)。综上所述，本领域缺乏一种提高正极材料电导率及抑制穿梭效应的技术方案
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于获得提高正极材料电导率及抑制穿梭效应的正极添加剂。本专利技术的第二目的在于获得提高正极材料电导率及抑制穿梭效应的正极。本专利技术的第三目的在于获得提高正极材料电导率及抑制穿梭效应的正极的制备方法。本专利技术的第四目的在于获得提高正极材料电导率及抑制穿梭效应的电池。本专利技术的第五目的在于获得高比表面积的无机纳米材料用于提高正极材料电导率及抑制穿梭效应的用途。在本专利技术的第一方面，提供了一种硫电极的正极添加剂，其中所述添加剂为高比表面积的无机纳米材料，所述纳米颗粒的大小为2-800nm。在本专利技术中，优选的“高比表面积”在20 IOOOmVg之间，以BET法测定；更优选·50 200m2/g 之间。在本专利技术的一个具体实施方式中，其中高比表面积的无机纳米材料选自具有催化性能的第四周期IVA族至VIIIA族过渡金属氧化物或其掺杂物、或是IIIB主族固体氧化物、或是IVB主族固体氧化物、或是单质Pt ;或是选自前述无机纳米材料的一种或多种的复合物。在本专利技术的一个具体实施方式中，其中高比表面积的无机纳米材料选自所述具有催化性能的高比表面积的无机纳米材料选自Co304、Sb-SnO2, Ti4O7, CeO2, TiO2, SiO2, VO2,FeO、CuCo2O4, Fe3O4, Al2O3、MnO2、B2O3、Bi2O3或其组合；或是选自前述无机纳米材料的一种或多种的复合物。在一个具体实施方式中，在一个具体实施方式中，所述Sb-SnO2 (Sb掺杂的SnO2)为Sna9Sb0. Pi05。本专利技术的第二方面提供一种锂硫电池的正极，其中，所述正极含有有效量的本专利技术所述的硫电极的正极添加剂，以正极的总重量计算；在一个具体实施方式中，所述正极含有不低于2%的正极添加剂，优选含有4% 20%的正极添加剂，更优选10 15%。在本专利技术的一个具体实施方式中，所述正极含有有效量的正极活性物质、有效量的导电剂、和粘结剂。在一个具体实施方式中，所述正极添加剂、正极活性物质、导电剂、和粘结剂的总重量占所述正极的95 100%。所述正极还可以含有惰性物质，例如吸附剂、锂离子导体，只要不对电池的性能产生影响即可。在本专利技术的一个具体实施方式中，所述活性物质含有不低于25% 60wt%的硫，以所述活性物质的总重量计算。所述的导电剂是各种碳材料，也可以是各种具有高导电性的高分子材料，如聚吡咯，聚苯胺，聚丙烯腈，聚噻吩，聚乙炔等。所述的粘结剂可以是PVDF(聚偏氟乙烯)、CMC+SBR(羧甲基纤维素+ 丁苯橡胶)、PTFE (聚四氟乙烯)、环糊精、明胶、PVP (聚乙烯吡咯烷酮)等。电极材料的混合方法包括机械搅拌法、超声振动法及球磨混合法。在本专利技术的一个具体实施方式中，所述活性物质为单质硫。通常，单质硫可以是商业化或是通过各种方法制备得到的硫磺。本专利技术的第三方面提供一种本专利技术所述的正极的制备方法，其包括如下步骤将所需的活性物质、无机纳米添加剂、导电剂加入到溶剂中，通过处理得到均匀的分散液；所述分散液经水浴加热蒸干，得到均匀分散的固体粉末材料。在一个优选实施方式中，所述溶剂选自水、乙醇、丙酮、丁酮、二硫化碳、四氯化碳、苯、甲苯、二甲苯、NMP。制备正极时，将适量电极物质溶剂中，经搅拌均匀后形成浆料涂布于铝箔等集流体电极上，经烘干、碾压剪裁得到锂硫电池正极极片。优选的，所述正极浆料的固含量为O.01g/L-0. lg/mlο·本专利技术的第四方面提供一种锂硫电池，所述锂硫电池包括负极，电解液所述锂硫电池还包括如本专利技术所述的正极。在本专利技术的一个具体实施方式中，所述锂硫电池的性能电池经60周循环之后，放电比容量达348mAh/g至650mAh/g ；更优选地，电池循环前电池电阻，60周后电池阻抗的变化小于50%，而电池库伦效率随着循环的进行增加，最终达85%以上。测试方法和条件Autolab电化学测试系统，Land CT2001A，150uA对电池进行恒流充放电(室温)。本专利技术的第五方面提供一种高比表面积的无机纳米材料的用途，其中，所述纳米颗粒的大小为2-800nm，其用于锂硫电池、常温钠硫电池、常温本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硫电极的正极添加剂，其中所述添加剂为高比表面积的无机纳米材料，所述纳米颗粒的大小为2?800nm。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：温兆银，马国强，靳俊，崔言明，张敬超，吴相伟，吴梅芬，彭鹏，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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