[发明专利]一种电池正极材料和锂硫电池

说明书

本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种电池正极材料和锂硫电池。本发明提供了一种电池正极材料，所述电池正极材料包括碳基复合材料和填充于所述碳基复合材料的硫；所述碳基复合材料包括二维层状石墨氮化碳和包覆所述二维层状石墨氮化碳的炭；所述碳基复合材料通过所述二维层状石墨氮化碳与含碳有机物原位热解反应得到或通过在所述二维层状石墨氮化碳表面化学气相沉积炭得到。实验结果表明，本发明实施例电池正极材料应用于锂硫电池，能够使得锂硫电池在0.1C下的首次放电比容量高达1166mAh/g，具有高的比容量和良好的循环性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种电池正极材料和锂硫电池。

背景技术

锂离子电池一直在需求不断增长的各种便携式数字产品和工业领域中受到广泛的关注，但是传统的锂离子电池能量密度已经接近其理论值，因此迫切需要寻找下一代高能量密度的二次电池。锂硫电池作为下一代最可能工业化的电池，其中硫元素作为电池的正极材料具有高理论比容量(1675mAh/g)和能量密度(2600Wh/Kg)，且单质硫在地球中储量丰富、价格低廉、对环境友好等优点，一种非常有前景的电池。

然而，当前锂硫电池面临以下主要问题：(1)正极材料单质硫的电导率极低，且反应的最终产物硫化锂也是电子绝缘体，导致活性材料难以充分利用，不利于电池的高倍率性能；(2)充放电过程中产生的可溶性多硫化物会跨越隔膜扩散到负极，与金属锂发生副反应，导致活性材料损失和破坏固体电解质界面膜，从而使容量快速衰减；(3)锂硫电池的最终产物多硫化物电子绝缘且不溶于电解液，沉积于导电骨架中，其中部分多硫化物脱离导电骨架，无法在充放电过程中可逆反应成硫或者多硫化物，从而导致容量极大衰减；(4)由于单质硫和硫化锂密度差异，在充放电过程中有很高的体积膨胀或收缩，导致结构坍塌，从而造成严重的容量衰减。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电池正极材料和锂硫电池，用于解决现有锂硫电池的倍率性能较低、容量衰减较快的问题。

本发明的具体技术方案如下：

一种电池正极材料，所述电池正极材料包括碳基复合材料和填充于所述碳基复合材料的硫；

所述碳基复合材料包括二维层状石墨氮化碳和包覆所述二维层状石墨氮化碳的炭；

所述碳基复合材料通过所述二维层状石墨氮化碳与含碳有机物原位热解反应得到或通过在所述二维层状石墨氮化碳表面化学气相沉积炭得到。

优选的，所述硫通过以下步骤填充于所述碳基复合材料：

将所述碳基复合材料与单质硫混合后置于真空条件中，进行加热处理使所述单质硫熔融扩散至所述碳基复合材料内。

优选的，所述硫通过以下步骤填充于所述碳基复合材料：

将所述碳基复合材料分散于硫源溶液中，加入表面活性剂后，再加入沉淀剂进行搅拌使单质硫沉积至所述碳基复合材料内。

优选的，所述硫源选自Na₂S₂O₃、Na₂S_X和硫脲中的一种或多种；

所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠和吐温中的一种或多种；

所述沉淀剂选自盐酸、硫酸和双氧水中的一种或多种。

优选的，所述二维层状石墨氮化碳与含碳有机物原位热解具体包括：

将所述二维层状石墨氮化碳与所述含碳有机物在氮气和/或惰性气氛下，进行原位热解反应；

所述二维层状石墨氮化碳与所述含碳有机物的质量比为1：0.25～2；