[发明专利]一种高比容量长循环寿命的接枝碳纳米管硫复合正极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种高比容量长循环寿命的接枝碳纳米管硫复合材料，涉及一种适合二次锂硫电池的碳硫复合正极材料及其制备方法，属于化学电源领域。

背景技术

长期以来，单质硫和含硫的无机硫化物、有机二硫化物、聚有机二硫化物、有机多硫化物、聚硫代化物以及碳硫聚合物等作为高容量的正极材料倍受关注，人们对其进行了很多研究(Feng X.，He X.，Pu W.，etc 2007，Ionics 13(5)，pp.375-377：Trofimov，B.A.，Myachina，GE，Rodionova，etc，TA.2008，Journal of Applied Polymer Science 107(2)pp.784-787)，然而，锂硫电池的发展还存在很多问题。首先，单质硫和硫化物本身的导电性很差。单质硫在室温下是典型的电子绝缘体(5×10^-30S/cm 25℃)，在实际应用时一般需要加入大量的导电剂以增加其导电性，这在很大程度上降低了电极整体的比容量。其次，对单质硫作为活性材料的正极来说，单质硫还原生成Li₂S的过程是一个多步反应，其中间产物多硫化锂易溶于有机液态电解液，多硫化锂的大量溶解会导致一部分的活性物质流失，同时还会导致电解液粘度的增大及离子导电性的降低。虽然完全充电时正极上存在的单质硫和完全放电时存在的Li₂S难溶于极性有机电解液，但部分充电和放电状态时正极含有的多硫化锂易溶于极性有机电解液，同样，聚有机硫化物放电时产生的小分子硫化物也易溶于有机电解液，部分溶解了的多硫化锂扩散至负极，还会与锂发生自放电反应并在负极沉积，这一系列的问题都导致了电极活性物质利用率低和电池循环性能差。(Kolosnitsyn，V.S.，Karaseva，E.V Russian，Journal of Electrochemistry 2008，44(5)，pp.506-509)。因此，如何改善材料的导电性，并解决充放电中间产物溶解以及电极片组织结构坍塌问题，提高锂硫电池的循环性能，是硫基正极材料的研究重点。

一种材料是将单质硫与导电聚合物高温热复合制备单质硫/导电聚合物复合材料。(王久林，解晶莹，杨军，徐乃欣，刘路等，电化学电源正极用单质硫/导电聚合物复合材料及制备方法，CN02111403.X)。单质硫在熔融状态下可以渗透到聚丙烯腈所形成的碳基网络空隙和材料的微孔中，同时也可能部分参与成键反应，形成硫基复合材料(Jiulin W.，Jun Y.，Chunrong W.etc.Adv.Funct.Mater.2003，13，No.6487：492)。用这种材料在锂电池中第三次放电比容量可达800mAh/g，经过50次循环后，比容量保持在600mAh/g以上。