[发明专利]全固态锂硫电池正极活性硫的宿主材料、正极材料、电池及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种全固态锂硫电池正极活性硫的宿主材料、正极材料、电池及制备方法与应用，宿主材料，为COFs衍生的多孔碳与Mxene的复合物；其中，COFs衍生的多孔碳的多孔晶体结构中至少含有N、P、B中的一种；Mxene为Ti₂C₃、Nb₂C、V₂C、V₄C₃、Mo₂C中的一种或多种的混合物。制备的全固态锂硫电池具有循环性好，高能量密度和高安全性等优点。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种全固态锂硫电池正极活性硫的宿主材料、正极材料、电池及制备方法与应用。

背景技术

高能量密度对于便携式电子产品和电动汽车的发展是必不可少的，锂硫电池具有超高能量密度(2600Wh kg^-1)、理论容量(1675mAh g^-1)和低成本、天然丰富和环境无害等优点，被认为是有发展前景的下一代储能体系。然而，在锂硫电池商业化之前，有几个关键的挑战需要解决。例如低电子电导率的硫正极，不可避免的多硫化锂的穿梭效应，硫在循环过程中发生较大的体积膨胀，这些都将导致活性物质硫的丢失和容量的快速衰减。此外，由于锂硫电池具有较高的能量密度，其安全性问题也比较大。为了解决上述问题，人们开发了各种硫宿主来限制多硫化锂的穿梭，并且提高其电子导电性，如多孔碳材料、2D石墨烯、碳纳米管等。另外，通过使用对多硫化锂有较低溶解度的电解质也被证明是一种有效的途径。然而，锂硫电池的高电化学性能、高能量密度和高安全性仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种全固态锂硫电池正极活性硫的宿主材料、正极材料、电池及制备方法与应用。具有多孔导电COFs衍生的多孔碳、柔性MXene和固态电解质协同优势的全固态锂硫电池具有优良的安全性和电化学性能。

为解决以上技术问题，本发明的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种全固态锂硫电池正极活性硫的宿主材料，为 COFs衍生的多孔碳与Mxene的复合物；

其中，COFs衍生的多孔碳的多孔晶体结构中至少含有N、P、B中的一种；

Mxene为Ti₂C₃、Nb₂C、V₂C、V₄C₃、Mo₂C中的一种或多种的混合物。

第二方面，本发明提供一种全固态锂硫电池的正极材料，包括COFs衍生的多孔碳与Mxene的复合物，COFs衍生的多孔碳中负载活性硫；

其中，COFs衍生的多孔碳的多孔晶体结构中至少含有N、P、B中的一种；

Mxene为Ti₂C₃、Nb₂C、V₂C、V₄C₃、Mo₂C中的一种或多种的混合物。

第三方面，本发明提供所述全固态锂硫电池的正极材料的制备方法，包括如下步骤：

将COFs粉末碳化得到其衍生多孔碳；

其衍生多孔碳在加热条件下熔硫，与MXene水溶液混合，抽滤；

将抽滤后的固体烘干，得到柔性自支撑的复合硫正极材料。

第四方面，本发明提供一种全固态锂硫电池，其正极材料为柔性自支撑的复合硫正极材料。

第五方面，本发明提供所述宿主材料、正极材料、柔性自支撑的复合硫正极材料在汽车、电动车中的应用。