[发明专利]一种锂硫电池正极共聚硫材料及用其制成的锂硫电池

说明书

本发明提供一种锂硫电池正极共聚硫材料，采用以下步骤制备而得：(1)取升华硫粉体和有机聚合剂，通过研磨获得均匀混合物，所述有机聚合剂为腈类有机物；(2)将升华硫和有机聚合剂的均匀混合物密封于容器中，高温条件下保温并搅拌；(3)将步骤(2)得到的共聚硫粉碎，得正极共聚硫颗粒。本发明还提供用所述的锂硫电池正极共聚硫材料制成的锂硫电池。本发明提出的锂硫电池正极共聚硫材料，简单的加热设备即可满足制备需求，其制备的工艺具有操作方便、工艺简单的特点。采用本发明的方法，利用腈类化合物特有的碳氮三键和升华硫的8元环结构在高温条件下的开键反应，使得有机物与硫之间产生化学键结合，形成聚合态的高分子共聚硫。

技术领域

本发明属于能源材料领域，具体涉及一种电池正极材料、及用所述正极材料制成的电池。

背景技术

随着移动设备的快速发展，现有的商业锂离子电池的能量密度 (～150Wh/kg)已经满足不了这些设备日益增长的耗能需求，急需开发新的高能量密度二次电池。在众多候选的电池中，锂硫电池因其高能量密度、工作和贮存寿命长、安全操作性能高和成本较低等优点成为了最具开发潜力的二次电池之一。

单质硫一直被视作可再充锂电池的最具潜力的正极材料，它具有极高的理论比容量(1675mAh/g)，价格低廉，环保无毒，安全等突出的性质。但是同时硫正极也面临很多挑战，其中最大的挑战在于锂硫电池的“聚硫穿梭”引起的容量衰减，循环寿命差的问题。目前常用的抑制聚硫穿梭的方法有：调整电解液组成，硫正极结构改造，添加新型添加剂，改变正极硫的分子形态或者存在形式等。上述三类方法从不同角度出发都能起到抑制“聚硫穿梭”的作用，但又各自存在一定的限制因素。

从多硫化锂溶解的本质上来说，调控硫的分子形态或者存在形式来控制充放电过程中的产物，能从根本上解决多硫化物的溶解问题，因此基于分子结构的设计上选择合适的有机物与硫单质形成聚合态的共聚硫，能够从根本上调控充放电产物，避免生成可溶的多硫化锂。因此制备共聚硫并以其作为正极活性材料被认为是解决“聚硫穿梭”最有潜力的方案。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明旨在采用简便的方法制备出一种锂硫电池正极共聚硫材料，通过机械混合和加热使有机聚合剂与升华硫单质聚合，获得聚合状态的共聚硫正极材料，从而得到更好的电性能。

本发明的另一目的是提出用所述共聚硫材料制成的锂硫电池。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种锂硫电池正极共聚硫材料，采用以下步骤制备而得：

(1)取升华硫粉体和有机聚合剂，通过研磨获得均匀混合物，所述有机聚合剂为腈类有机物；

(2)将升华硫粉体和有机聚合剂的均匀混合物密封于容器中，高温条件下保温并搅拌；

(3)将步骤(2)得到的共聚硫粉碎，得正极共聚硫颗粒。

进一步地，所述有机聚合剂选自戊腈、苯乙腈、己腈中的一种。

其中，所述有机聚合剂和升华硫粉体的质量比例为1：(1～9)。

其中，所述有机聚合剂和升华硫粉体的质量比例为1：(4～9)。

其中，步骤(2)中，保温的温度为110～250℃，保温并搅拌的时间为1～24小时。

其中，步骤(3)中，粉碎的方式为球磨、气流粉碎、机械搅拌粉碎中的一种或多种。

其中，步骤(3)中，粉碎的时间为3～6小时。

本发明的一种优秀技术方案为，采用以下步骤制备而得：

(1)取升华硫粉体和有机聚合剂，混合后进行球磨3～4h，得到稳定的均匀混合物；