[发明专利]一种制备高性能锂硫电池正极材料、电极和电池的方法

说明书

本发明提供一种制备高性能锂硫电池正极材料、电极和电池的方法，包括在配备有磁力搅拌子的圆底烧瓶中，在氩气氛围下加入升华硫，随后，将烧瓶置于预热180℃‑185℃的油浴中，当升华硫融化为液态呈现樱桃红色时，加入计算量的对氨基苯乙烯。持续搅拌约1至2小时直至产物呈现玻璃化状态。最后，立即将烧瓶取出，并置于液氮中冷却，以淬灭反应。最终，得到棕黑色透明晶状物PolyS‑AS。本发明使用简单方法合成了PolyS‑g‑PANI系列材料，并将其用于锂硫电池正极材料的研究方法，为开发有机硫电极材料提供了一个新的思路。

技术领域

本发明属于化学材料电池领域，尤其涉及制备具有交联结构的长循环性能锂硫电池正极材料PolyS-g-PANI、利用PolyS-g-PANI制备正电极的方法和利用PolyS-g-PANI制备的正电极组装扣式电池的方法。

背景技术

随着工业化程度的不断加快，环境污染带来的负面影响越来越凸显；另一方面，人类对煤、石油、天然气等化石能源的加速开采导致一些不可再生的资源趋于枯竭，这些使人类对可再生能源的渴望尤为迫切。近年来，世界各国为了应对资源危机和环境污染问题，共同制备了一系列环境和能源保障措施，其中最重要的一点就是大力发展绿色能源，积极倡导可持续经济。

化学电源作为能量存储与转化的装置，作为绿色能源的代名词，肩负着为中国无数电动汽车、数码产品等提供动力的使命，一直备受关注。锂离子电池作为二次可充放电池，性能相比最为优越，一直是人们研究的热点，但是，传统的LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、三元正极材料较低的比能量密度(100Wh/Kg)不足以满足日益增长的高比能量的需求，因此开发、研究出更高比容量的电池材料，一直是人们关注的热点。

目前的锂离子电池中能量密度能够满足电动汽车续航里程超过500Km的体系只有锂硫电池体系和锂氧电池体系。由于锂空气电池的安全性能和纯氧电极都不能很好的解决，其在相当长的一个阶段都不可能走向应用。

可充电锂硫电池因为其高的能量密度(2600Wh/kg)，较低的原料成本和对环境友好，其是最有可能成为下一代商业化应用的锂离子电池。但是锂硫电池的商业化依然是一个挑战，主要表现在：

(1)单质硫和硫的多硫化合物是电的绝缘体，硫的电导率为(5x10^-30S/cm)，S+2Li⁺+2e^-→Li₂S的放电反应不能反应完全，导致了较低的放电比容量。

(2)在反应过程中，生成的多硫化合物(Li₂S₈，Li₂S₆，Li₂S₄)极易溶解于电解液，溶解于电解液的多硫化合物在正负极间来回穿梭，形成“穿梭效应”一方面导致了容量的快速降低，另一方面会破坏负极形成的固体电解质界面膜(SEI膜)，导致负极结构的坍塌。

(3)由于电池反应物和生成物的密度不同，导致了放电后体积膨胀了80％，在长循环过程中反复的体积变化，使活性物质脱离集流体，导致循环性能下降。

(4)负极采用的金属锂片为活泼性金属，需制备一种高容量的负极材料来替代金属锂。

现有技术一的技术方案

随着新一代电子产品的快速发展、传统的锂离子电池已经越来越难以满足目前对于高比能量电池的需求，因此开发高比能量的商业化电池体系成为当今研究的重点。锂硫电池是以硫做正极，金属锂做负极的电池体系，其理论比容量为1672mAh/g，理论比能量为2600wh/kg，远高于现在商业上广泛使用的三元锂离子电池材料和磷酸铁锂硫电池材料的比能量。