[发明专利]一种含有多孔金属的锂-硫电池正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种含有多孔金属的锂-硫电池正极材料，是由多孔金属与单质硫或硫化锂复合而成的；

所述的多孔金属可以为一种金属单质或者一种以上金属、非金属构成的合金，也可以为由这些金属单质或合金与其它材料形成的复合材料；

所述金属元素为Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al、Ga、In、Ge、Sn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、W、Pt、Au、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu之一或它们之间的组合；

所述非金属元素为H、B、C、N、O、Si、P、S、As、Se、Te、F、Cl、Br、I之一或者它们之间的组合。

2.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述金属优选为Mg、Al、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Sr、Y、Zr、Nb、Ru、Ag、In、Sn、Sb、Ba、Ta、Mo、W、Pt、Au、Pb、Bi之一或它们之间的组合。

3.如权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述合金为所述金属与所述非金属间形成的合金。

4.如权利要求3所述的正极材料，其特征在于，所述多孔金属的孔径大小在0.5nm至10μm之间；所述多孔金属为：粒径为3nm至100μm的粉末，厚度为0.5nm至100μm的薄膜，至少有一个方向的尺寸在1nm至10cm之间的块材，长度在1nm至10cm之间的带材，长度在1nm至10cm之间的纤维，或长度在1nm至10cm之间、内径和外径在0.1nm至50μm之间的管材。

5.如权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述硫化锂包括Li₂S、Li₂S₂、Li₂S₃、Li₂S₄、Li₂S₅、Li₂S₆、Li₂S₇、Li₂S₈、Li₂S₉、Li₂S₁₀的一种或者多种混合。

6.如权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述复合材料为由所述金属单质或合金与化合物复合形成，所述化合物为氧化物、氟化物、硫化物、氮化物、磷化物MX_y，其中，M为所述金属元素、合金或所述非金属元素；X为所述非金属元素或其组合，y的取值在0.2至6之间。

7.如权利要求2所述的正极材料，其特征在于，所述复合材料为由所述金属单质或合金与高分子材料复合形成，所述高分子材料为所述非金属元素之间形成的化学式量在200以上的有机物，包括但不限于聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANi)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)、聚环氧乙烷(PEO)或聚乙二醇(PEG)等；或者这些高分子中的一种或几种与所述金属中的一种或几种形成的金属有机聚合物。

8.根据权利要求6或7所述的正极材料，其特征在于，所述化合物、高分子材料可以直接附着或生长在多孔金属上，也可以直接附着在单质硫和硫化锂上，也可以附着在由多孔金属和单质硫或硫化物形成的复合物的表面上。

9.如权利要求8所述的正极材料，其特征在于，多孔金属与单质硫或硫化锂的质量比在9:1至1:9之间，复合材料化合物、高分子材料占复合电极总质量的1%-50%。

10.一种含有多孔金属的锂-硫电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：

1）制备多孔金属B；

2）活性材料A前驱处理：将活性材料A与一种或多种单质、化合物或高分子材料复合，得到复合材料C；

3）载体材料B与复合材料C按照重量比1：2~7混合，研磨，压片，置管式炉，通氩气，100~200°C C处理1~20小时，再在150~450°C处理1~5小时，得到载体材料B与复合材料C的复合材料D；

4）复合材料D后期处理：将复合材料D与一种或多种单质、化合物或高分子材料复合，得到复合材料E，作为锂-硫电池的正极材料；

其中，所述多孔金属B可以为一种金属单质或者一种以上金属、非金属构成的合金，也可以为由这些金属单质或合金与其它材料形成的复合材料；

所述金属元素为Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al、Ga、In、Ge、Sn、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、W、Pt、Au、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu之一或它们之间的组合；

所述非金属元素为H、B、C、N、O、Si、P、S、As、Se、Te、F、Cl、Br、I之一或者它们之间的组合所述合金为上述金属间或上述金属与上述非金属间形成的合金。