[发明专利]一种新型锂二次电池正极材料及使用此正极材料的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型锂二次电池正极材料及使用此正极材料的锂二次电池。

背景技术

随着电子和通讯设备向体积小，携带方便和高性能方向的发展，人们对这些设备的电池性能提出了更高的要求。

锂电池是最有发展前途的电池体系，金属锂的比容量在现有的负极材料中最高，可达3861mAh/g。锂电池作为一种新兴技术，具有传统电池无法比拟的优点，如比容量高，放电电压稳定，没有记忆效应，不含汞，镉，铅等有毒元素，越来越受到人们的重视，目前锂电池已经成为电池发展的主要趋势，但受其正极材料理论比容量的限制，进一步提高锂电池比容量的空间非常有限。

含S-S键的有机硫化物及其聚合物正极材料是20世纪90年代后发展起来的新型聚合物电极材料，主要用于以锂为负极的锂电池中。

1988年美国国家能源研究中心Lawrence Berkeley首次提出了有机二硫化物作为锂硫电池正极材料，并对二硫代四乙基秋兰姆(TETD)及2，5-二巯基，1，3，4-噻二唑(DMeT)做了较详细的研究，组装了Li/TETD电池，理论比容量达400mAh/g，实际比容量为110mAh/g。

Naoi等对MTT(5-甲基-1，3，4-噻二唑-2-巯基)的二硫化物，三硫化物和四硫化物进行了研究，证明初始放电容量均大于500mAh/g。

有机硫化物及其聚合物材料通过S-S键的断裂与键合进行释能和储能，其理论比容量为1500-3500mAh/g，实际比容量可达830mAh/g，由于能量密度高，价格低，毒性低等优点成为人们关注的一种绿色能源。但是由于放电产物小分子锂硫化合物的溶解性，造成正极活性物质的利用率低和循环性能差。

发明内容

为了抑制电极活性物质在电解液中的溶解，本发明提出了一种新型锂二次电池正极材料及使用此正极材料的锂二次电池。

一种新型锂二次电池正极材料，所述正极材料为硫代羰基化合物，至少含有一个碳硫双键，为硫代羧酸，硫代酰胺，硫代醛，硫代酮，硫代异氰酸酯，硫代酸酐，硫代酰基过氧化物的至少一种，采用金属硫化物与含有羰基的羧酸或者酰胺，醛，酮，异氰酸酯，酸酐，酰基过氧化物反应制得。

所述的一种新型锂二次电池正极材料的分子式为：R-(CS)n-X，其中R为脂肪族或者芳香族烷基，烯基，炔基，CS为碳硫双键，X为羟基，氨基，氢原子，烷基，烯基，炔基，氰基，羧基或者过氧化酰基，n为碳硫双键的数量，n≥1。

本发明还给出了一种新型锂二次电池正极材料的制备方法，其特征在于：

1)在溶剂中加入含有羰基的化合物和金属硫化物，控制两者摩尔比1∶1-10。

2)对混合物进行充分搅拌，并在80-200℃下反应5-20小时。

3)对反应产物进行洗涤，抽滤，在80℃下干燥5-20小时，制得硫代羰基化合物。

为了验证正极材料的性能，本发明还给出了使用此正极材料的锂二次电池。

1)按照重量比硫代羰基化合物∶导电剂∶粘结剂5-10∶0.5-2∶0.5-2的比例，进行混合，混合均匀后涂布在集流体上，烘干碾压成正极片。

2)负极采用锂片。

所述的溶剂为水，乙醇，丙酮，乙酸乙酯，N，N-二甲基甲酰胺，二氯甲烷和苯酚的至少一种。

所述的导电剂为导电炭黑，石墨，乙炔黑，活性炭纤维，碳纳米管，碳纳米纤维，导电聚合物，石墨烯，金属粉的至少一种。

所述的粘结剂为聚乙烯醇，聚四氟乙烯，羧甲基纤维素钠，聚丙烯，聚乙烯，聚偏氟乙烯，SBR橡胶，聚氨酯，氟化橡胶的至少一种。

本发明工艺操作简单，制得的锂二次电池正极材料应用于锂二次电池中，其首次放电容量大于600mAh/g，10C放电100次以后，放电比容量大于150mAh/g。

具体实施方式

实施例一：

将摩尔比为1∶3的苯三酰胺和硫化钠放入乙醇中，对混合物进行充分搅拌，并在100℃下反应20小时。对反应产物进行洗涤，抽滤，在80℃下干燥20小时，制得三硫代苯三酰胺。

按照重量比5∶1∶0.5的比例称取三硫代苯三酰胺，石墨烯，聚偏氟乙烯，混合均匀后涂布在集流体上，烘干碾压成正极片。负极采用锂片。制得的锂二次电池正极材料应用于锂二次电池中，其首次放电容量为612mAh/g，10C放电100次以后，放电比容量为160mAh/g。

实施例二：