[发明专利]锂硫电池正极活性材料及其制备方法、锂硫电池正极材料及锂硫电池

说明书

本发明提供了一种锂硫电池正极活性材料及其制备方法、锂硫电池正极材料及锂硫电池。涉及电池材料技术领域，所述正极活性材料包括烧结连接的硫化锂和掺杂有硫元素的碳材料，缓解现有采用Li₂S/金属氧化物或Li₂S/碳复合材料作为锂硫电池正极活性材料时，锂硫电池循环稳定性差的技术问题。本发明通过将硫化锂掺杂有硫元素的碳材料相复合，能够显著提高硫化锂的导电性，同时掺杂有硫元素的碳材料，能够为多硫化物提供结合位点，提高多硫化物与正极活性材料的结合力，从而使得锂硫电池能够保持较高的比容量，循环稳定性显著提高。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其是涉及一种锂硫电池正极活性材料及其制备方法、锂硫电池正极材料及锂硫电池。

背景技术

锂硫电池是以硫为正极活性物质，锂金属为负极，组合而成的电池。硫作为一种地球上丰度比较高的元素，具有成本低，能量密度高的特点，理论能量密度达到1675mAh/g，硫放电完全后，最终生成Li₂S。近年来，以Li₂S为锂硫电池正极活性材料得到广泛研究，其理论容量达到1166mAh/g。但是，Li₂S同样具有导电性能差，充放电过程中生成多硫化锂易于溶解在电解液中，导致锂硫电池的循环性能差等缺点。

现有技术中采用Li₂S/金属氧化物、Li₂S/碳复合材料作为锂硫电池的正极活性材料对锂硫电池的综合性能有一定改善，但其仍存在与硫化锂和在充放电过程中产生的多硫化锂的结合力较弱的缺点，限制了锂硫电池的循环性能的提高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种锂硫电池正极活性材料的制备方法，以缓解现有采用Li₂S/金属氧化物或Li₂S/碳复合材料作为锂硫电池正极活性材料时，锂硫电池循环稳定性差的技术问题。

本发明提供的锂硫电池正极活性材料，包括烧结连接的硫化锂和掺杂有硫元素的碳材料。

进一步的，所述锂硫电池正极活性材料还包括导电物质，所述导电物质、所述硫化锂和所述掺杂有硫元素的碳材料烧结连接。

本发明的目的之二在于提供一种锂硫电池正极活性材料的制备方法包括如下步骤：

将硫化锂和含硫有机物混合均匀后，或将硫化物、含硫有机物和导电物质混合均匀后，进行焙烧，即得到锂硫电池正极活性材料；其中，

所述锂硫电池正极活性材料中，硫化锂和掺杂有硫元素的碳材料烧结连接；或

硫化锂和掺杂有硫元素的碳材料及导电物质烧结连接。

进一步的，先将硫化锂和含硫有机物分别溶解于溶剂中混合均匀后去除溶剂后，或先将硫化锂、含硫有机物和导电物质分别溶解于溶剂中混合均匀后去除溶剂，得到前驱体材料；

再将前驱体材料进行焙烧，得到锂硫电池正极活性材料。

进一步的，所述含硫有机物为含有碳元素和硫元素的聚合物；

优选地，所述含有碳元素和硫元素的聚合物为主链上含有碳元素和硫元素的聚合物；

优选的，所述含有碳元素和硫元素的聚合物选自聚噻吩、聚砜或聚硫醚中的至少一种。

进一步的，所述导电物质选自碳纳米管、碳纤维、石墨烯、氧化石墨烯或导电炭黑中的至少一种。

进一步的，在惰性气体保护下进行焙烧；

优选地，焙烧时，升温速度为1-5℃/min，升至600-1000℃，保温0.5-3h，即得到锂硫电池正极活性材料。