[发明专利]一种基于锂硫电池正极的硫基吸附导电载体材料

说明书

本发明涉及锂硫二次电池正极材料技术领域，且公开了一种基于锂硫电池正极的硫基吸附导电载体材料，包括：将导电填料氧化石墨烯与氧化锂多孔陶瓷通过球磨处理，得到分散均匀的氧化石墨烯‑氧化锂多孔陶瓷复合导电载体，采用熔融浸渗法将单质硫正极硫磺粉浸渗到氧化石墨烯‑氧化锂多孔陶瓷复合导电载体的孔隙中，制备得到硫基吸附导电载体材料。本发明解决了目前锂硫电池在充放电时，正极表面逐渐生成电子绝缘的Li₂S沉积层，沉积层不仅阻碍电荷传输，而且改变电极/电解质的界面，增大电池内阻，最终导致Li‑S二次电池活性物质利用率低、容量衰减迅速的技术问题。

技术领域

本发明涉及锂硫二次电池正极材料技术领域，具体为一种基于锂硫电池正极的硫基吸附导电载体材料。

背景技术

目前电动汽车一次充电行驶里程不及传统油车的1/3，为了满足电动汽车技术、以及即将到来的智能汽车技术的发展需求，必须全面提升动力电池的性能。因此，研制具有更高比容量和更优电化学性能的新型正极材料成为发展下一代锂二次电池的关键。

锂硫电池是近几年来高容量锂离子电池研究的热点之一，与传统的锂离子电池氧化物电极材料(如LiCoO₂，LiFePO₄等)相比，硫正极在比容量、能量密度和功率密度等方面都具有独特的优势。理论上，锂与硫完全反应后生成LiS₂，可实现2个电子反应，且单质硫的原子量明显轻于目前商业化锂离子电池的嵌入化合物正极材料，其电极理论比容量可达1675mAh/g，以硫与金属锂构建的锂/硫二次电池体系的理论能量密度达2600Wh/kg。

硫正极的电化学反应包括多步骤氧化还原反应，同时伴随着硫化物的复杂相转移过程，放电时，固相单质硫S₈(s)首先发生溶解形成液相单质硫S₈(l)，然后硫键逐渐断裂被还原，然后按照反应方程式：S₈(l)+2e^-→S₈^2-、3S₈^2-+2e^-→4S₆^2-、2S₆^2-+2e^-→3S₄^2-、S₄^2-+2e^-→2S₆^2-、S₂^2-+2e^-→S^2-，逐步生成一系列可溶的中等长度链的聚硫阴离子(S_n^2-)，方程式：S₈(l)+2e^-→S₈^2-、3S₈^2-+2e^-→4S₆^2-、2S₆^2-+2e^-→3S₄^2-，表示液相单质S₈逐渐被还原成S_n^2-(4≤n≤8),它们易溶解在电解液中，如下述方程式所示：S₄^2-+2e^-→2S₆^2-、S₂^2-+2e^-→S^2-、S₂^2-+2Li⁺→Li₂S₂↓、S^2-+2Li⁺→Li₂S↓，随着放电深度的加深，长链聚硫离子进一步被还原，生成低价态的S₂^2-和S^2-，与锂离子发生结合，生成不可溶的终态产物Li₂S₂和Li₂S；而在充电过程中，则发生可逆的相反反应，放电产物Li₂S₂和Li₂S逐步被氧化成长链聚硫锂，最终被氧化为单质硫；锂硫电池具有两个典型的放电平台，一般情况下，高电压平台从2.45V降至2.1V，对应单质硫S₈经过一系列可溶聚硫阴离子，最后生成S₄^2-，低电压平台的电压维持在2.1V～1.7V，表明生成的S₄^2-被最终还原成Li₂S₂和Li₂S。