锂硫电池正极材料及锂硫电池.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112038620A(43)申请公布日2020.12.04(21)申请号202011038076.5(22)申请日2020.09.28(71)申请人中航锂电技术研究院有限公司地址213200江苏省常州市金坛区科教路166号(72)发明人闫银贤彭祖铃(74)专利代理机构北京律智知识产权代理有限公司11438代理人李华崔香丹(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M4/04(2006.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书4页(54)发明名称锂硫电池正极材料及锂硫电池(57)摘要提供一种锂硫电池正极材料、制备方法和包含该正极材料的锂硫电池。所述正极材料包括碳基体和硫；所述硫为小分子硫Sn，其中n＝2‑4；所述硫含量占所述正极材料质量的50‑90％。本发明采用化学反应的方法在碳基体材料上原位生成小分子的S2‑4,活性物质均以小分子硫S2‑4的形式均匀分布在碳基体表面或孔径内部，可以提升了载硫量，同时小分子的S2‑4在充放电过程中的产物不溶于电解液，可以保持很好的循环容量稳定性，从而从根源上抑制了穿梭效应的，因此可以获得长循环寿命、更高能量密度的锂硫电池。CN112038620ACN112038620A权利要求书1/1页1.一种锂硫电池正极材料，其特征在于，所述正极材料包括碳基体和硫；所述硫为小分子硫Sn，其中n＝2-4；所述硫含量占所述正极材料质量的50-90％。2.根据权利要求1所述的一种锂硫电池正极材料，其特征在于，所述碳基体为氧化石墨烯及其衍生物、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、大孔碳、微孔碳、介孔碳的一种或多种。3.一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括：-S1，将开环剂与S8反应，得到链状-S8；--S2，将所述链状-S8用剪切剂剪切为短链-Sn，其中n＝2-4；及-S3，将所述短链-Sn转变为Sn沉积于碳基体。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述开环剂为乙二胺。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S2步骤包括：-将所述剪切剂溶于水中后，注入所述链状-S8搅拌反应4-10小时。-6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述链状-S8与所述剪切剂的摩尔比为1：(1-4)。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述剪切剂选自二硫苏糖醇、谷胱甘肽、三(2-羰基乙基)磷盐酸盐和巯基乙醇中的一种或多种。8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述S3步骤包括：在酸溶液中加入碳基体，分散均匀后得到分散液；及--将所述短链-Sn加入所述分散液中，所述短链-Sn转变为Sn沉积于碳基体。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述酸溶液中氢离子的浓度为0.05～0.15mol/L；所述酸溶液为盐酸、硫酸、磷酸、醋酸中一种或多种酸的溶液。10.一种锂硫电池，其特征在于，包括权利要求1或2所述的正极材料。2CN112038620A说明书1/4页锂硫电池正极材料及锂硫电池技术领域[0001]本发明属于锂硫电池领域，具体涉及锂硫电池的正极材料及包含它的锂硫电池。背景技术[0002]锂硫电池理论容量和比能量达到1675mAh/g和2600Wh/kg，远远高于商业上广泛应用的铁锂或三元电池的能量密度(<300wAh/kg)，且单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点。因此锂硫电池被广泛认为是下一代高能量密度电池的发展方向，也是高能量密度电池的研究热点。[0003]但单质硫在电化学反应过程中与锂离子发生反应生成多硫化锂(LiSx，x＝2-8)，其中长链中间放电产物多硫化锂LiSx(LiSx，x＞2)会溶解到有机电解液中。此外，长链多硫化锂中电场和浓度梯度的作用下会在正负极之间来回迁移，长链LiSx迁移到电解液中会增加电解液的黏度，降低离子导电性；长链LiSx迁移到隔膜上会导致隔膜堵孔，内阻增大，电池动力学性能变差；长链LiSx具有极强的反应活性，迁移到负极会破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)，此外长链LiSx还会与金属锂直接反应致使金属锂失活，粉化。综上，称为多硫化物的穿梭效应(Shuttle效应)，导致活性物质损失和电能的浪费。[0004]因此，改善锂硫电池的电化学性能、提升活性物质利用率、提升循环寿命的当务之急是抑制穿梭效应。发明内容[0005]为克服上述缺陷，本发明提供一种锂硫电池的正极材料及包含该正极材料的锂硫电池。[0006]本发明一方面提供一种锂硫电池正极材料，所述正极材料包括碳基体和硫；所述硫为小分子硫Sn，其中n＝2-4；所述硫含量占所述正极材料质量的50-90％。[0007]本发明另一方面提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括：S1