[发明专利]锂硫电池用复合正极片、其制备方法及应用

说明书

一种电化学能源技术领域的锂硫电池用复合正极片、其制备方法及应用，包括纳米微孔碳‑硫复合材料、导电剂和聚偏氟乙烯；所述复合材料中纳米微孔碳的孔径小于0.8nm。本发明将常见的升华硫的存在形式S₈转换为短链的硫分子S_2‑4，避免锂硫电池在放电过程中生成易溶解的高阶多硫化物，杜绝了穿梭效应的发生，提高了锂硫电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及的是一种电化学能源领域的技术，具体是一种锂硫电池用复合正极片、其制备方法及应用。

背景技术

目前急速发展的电动汽车行业受到的最大制约来自电池容量的不足。为了提高单次充电后的行驶里程，人们迫切需求更大单位重量比容量的电源来替代传统的锂离子电池。而锂硫电池是以硫元素作为电池正极的一种二次化学电源，其比容量高达1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(300mAh/g)，对于电动汽车行业具有巨大的吸引力。同时，正极活性材料使用的硫单质是一种对环境友好的元素，毒性极低，而且成本低于传统的锂离子电池正极材料，因此，锂硫电池是一种非常有前景的二次电源。

但是硫单质本身的一些缺陷制约了锂硫电池的商业化应用。其中最主要的问题在于硫与锂进行反应的中间产物多硫化锂在有机电解液中容易溶解，并在充放电过程中随着电解液在正负极之间来回穿梭，即“穿梭效应”。这最终导致正极活性材料的不断减少，电池充放电效率的不断降低。

目前主流的解决方案大多基于抑制多硫化物的溶解以控制穿梭效应，而对于穿梭效应的根源，即易溶解高阶多硫化物离子(S_6-8^2-)的产生并没有实质性的解决方案。

有研究致力于制作具有微孔(孔径1nm)的硫载体，在此小孔径的限制下硫只能以短链同位素形式存在(S_2-4)，因此在反应过程中就杜绝了高阶多硫化物的生成，杜绝了穿梭效应的发生。但目前微孔硫载体的制备步骤繁多，条件严苛。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种锂硫电池用复合正极片、其制备方法及应用，将常见的升华硫的存在形式S₈转换为短链的硫分子S_2-4，避免锂硫电池在放电过程中生成易溶解的高阶多硫化物，杜绝了穿梭效应的发生。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种锂硫电池用复合正极片，包括纳米微孔碳-硫复合材料、导电剂和聚偏氟乙烯；所述纳米微孔碳-硫复合材料中纳米微孔碳材料的孔径小于0.8nm。

所述纳米微孔碳-硫复合材料、导电剂、聚偏氟乙烯的重量比为5～8:1～2:1～2。

所述导电剂包括但不限于导电碳黑、碳纳米管、石墨烯。

本发明涉及上述锂硫电池用复合正极片的制备方法，包括以下步骤：

S₁，纳米微孔碳材料制备；

将碳纳米材料与聚偏氟乙烯(PVDF)按照重量比1:1～1:3的比例混合均匀，加入N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)使得聚偏氟乙烯完全溶解，充分搅拌后，将混合物在氮气气流保护下，加热至700～900℃，保温0.5～4h，降温至室温(20～30℃)后取出用去离子水彻底冲洗，50～80℃下真空干燥8～36h后得到表面含有纳米级微孔的纳米微孔碳材料；

S₂，纳米微孔碳-硫复合材料制备；

将得到的纳米微孔碳材料与硫粉按照重量比1:0.5～1:2的比例混合均匀，封入真空容器中，加热到120～200℃，保温8～12h，冷却至室温后取出，得到纳米微孔碳-硫复合材料；

S₃，复合正极片制备；