[发明专利]一种锂硫电池复合正极片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂硫电池复合正极片及其制备方法，属于锂硫电池技术领域。该锂硫电池复合正极片，包括正极片，所述正极片是由正极集流体以及覆在正极集流体上的碳硫复合材料层构成的，所述碳硫复合材料层表面覆有多孔碳层，所述多孔碳层的厚度为0.025‑3μm。采用本发明的复合正极片制备的锂硫电池150次循环放电后的容量保持率最高达到87.0％，循环效率接近100％，大大提高了锂硫电池的循环稳定性及充放电效率。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池复合正极片及其制备方法，属于锂硫电池技术领域。

背景技术

目前，锂离子电池已经发展到了非常成熟的地步，但是随着锂离子电池应用范围不断扩大，人们对锂离子电池的能量密度提出了越来越高的要求。而目前使用的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂等，其理论比容量较低，不能满足对锂离子电池高能量密度的要求。而且，在实际的研究应用中，现有的正极材料的实际比容量已经接近于其理论比容量，提升空间非常有限。鉴于此，新型的高比能量密度的正极材料的研发和应用显得意义重大。

单质硫作为锂离子电池正极材料，理论比容量达到1675mAh/g，其比容量是现有的正极材料的8-10倍，是当前已知的比容量最高的正极材料。而且，硫的来源丰富，价格低廉，具有较大的优势。以硫作为正极的锂硫电池的工作电压为2.3V，能够满足多种场合的应用需求。

目前，制约锂硫电池大范围应用的主要问题是其循环稳定性差、容量衰减快、充放电效率低。大量研究表明，造成锂硫电池上述问题的主要原因是硫的放电中间产物溶于电解液导致电极结构形貌的破坏。在放电的过程中，单质硫被还原生成可溶于电解液的多硫化物，多硫化物阴离子在电场力驱动下，扩散到负极表面并与锂发生反应，变成低价的可溶多硫化物，充电过程中，低价多硫化物再扩散到正极表面重新变成高价多硫化物。以上过程循环往复产生所谓的“穿梭效应”，导致活性硫的不可逆容量损失，并直接导致了锂硫电池的充放电效率降低。随着锂硫电池循环的进行，可溶性多硫化物会最终被还原成导电性极差且不溶于电解液的Li₂S，并逐渐沉积到正极表面，使得硫正极的导电性及电化学反应活性变差，进而导致其循环稳定性不断恶化。

为了在锂硫电池充放电过程中抑制多硫化物在电解液中的溶解，一般采用对正极表面进行包覆的方式，如在正极表面包覆导电聚合物(聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等)，或者采用具有较强吸附能力的多孔插层(碳纤维布、泡沫镍、碳化的聚合物等)置于隔膜与正极之间，或者在正极中添加吸附能力较强的添加剂(纳米的氧化镧、二氧化硅等)。这些方法对抑制多硫化物溶于电解液有一定的效果，但是其过程工艺复杂、成本较高，有的还降低了电极的导电性及电极反应的电化学活性，对锂硫电池循环稳定性的改善有限。