[发明专利]正极活性材料、正极极片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种正极活性材料、正极极片及其制备方法，属于硫锂电池的正极材料的制备领域。包括如下步骤：聚丙烯腈的合成和热处理；与硫化剂反应合成硫‑聚丙烯腈；将硫‑聚丙烯腈进行预氧化和炭化。本发明采用硫‑聚丙烯腈作为正极活性材料，拥有丰富的含氮官能团，使其具备有优良的电化学性能。经过预氧化和炭化处理后可生成类石墨化的结构，减小正极极片表面的体积变化、“死硫”在正极表面的团聚速度。将硫‑聚丙烯腈正极活性材料与导电剂混合涂覆于铝箔上，增加了正极极片的导电性，减小正极材料的体积变化，实现离子和电子的快速传递。由此，提高了正极活性材料的循环性能和热稳定性能。

技术领域

本发明属于硫锂电池的正极材料的制备领域，尤其是一种正极活性材料、正极极片及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新一代绿色二次电池，具有体积小、重量轻、容量大、自放电小、循环寿命长、无记忆效应等优点，广泛应用在电子器件中，并成为电动交通工具、移动电源等主要电源之一。硫锂电池是一种能量密度高的能量储存器件，然而它的功率密度相对较低且循环性能差。

针对上述循环性能差的问题，多元复合金属材料相继出现，在一定程度上改善了材料的稳定性，提高了正极材料的循环稳定性。随着动力电池近几年的发展，对电池的循环性能和安全性能有了更高的要求，在循环和安全性能兼顾的条件下，提高正极材料的能量密度是目前锂离子电池的发展趋势，以多元复合金属材料为代表的正极活性材料在高能量密度方面研究较大突破，尤其是高镍材料LiNi_xCo_yAl_zO₂和LiNi_xCo_yMn_zO₂。

但是，上述多元复合金属材料在多次循环使用后，硫的最终放电产物（Li₂S₂和Li₂S）逐渐沉积、团聚在致密的多元复合金属材料制成的电极表面，由于Li₂S₂和Li₂S是电子及离子的绝缘体，最后会形成“死硫”，在随后的循环过程中，不仅不能参与电化学反应，而且“死硫”的产生改变了复合硫电极的表面结构形貌；导致复合硫正极的阻抗增大，阻碍了电子及离子的有效传输，改变了电极，电解液的界面状态，造成硫电极的电化学反应活性下降，进而导致其热稳定性能和循环性能均有所降低。

发明内容

发明目的：提供一种正极活性材料、正极极片及其制备方法，以解决上述背景技术中所涉及的问题。

技术方案：一方面，一种正极活性材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、聚丙烯腈的合成：将丙烯腈单体溶解于去离子水中，并加入反应容器中，与少量亚硫酸氢钠引发剂后，在惰性气体的保护下，在低温聚合；得到固体颗粒，用去离子水洗净后，然后升温进行热处理，得到活化聚丙烯腈，采用球磨研磨均匀、待用。

S2、硫-聚丙烯腈的合成：将聚丙烯腈分散于去离子水中，使用超声波分散，然后加入硫化剂和少量促进剂，然后再使用超声波进行分散，然后加入稀酸，调节pH至7；继续搅拌、反应。

S3、硫-聚丙烯腈的后处理：将上述S2步骤中制备的硫-聚丙烯腈液体抽滤，得到滤饼，将滤饼放置与烘箱中烘干。

S4、预氧化和炭化：将硫-聚丙烯腈和碳源放置于石英管，在空气气氛下，预氧化，至完全预氧化；然后密封石英管，在惰性气体的保护气体下，进行炭化，得到目标产物。

在进一步实施过程中，所述S1步骤中，所述球磨使用玛瑙球作为球磨介子。

在进一步实施过程中，所述S1步骤中，所述低温聚合的具体反应温度为50～55℃；反应时间为3～4个小时。

在进一步实施过程中，所述S1步骤中，所述热处理的具体反应温度为145～165℃；反应时间为0.5～1个小时。