锂硫电池正极材料、其制备方法及锂硫电池技术

一种锂硫电池正极材料，所述锂硫电池正极材料包括碳材料、高熵合金氧化物以及硫，所述高熵合金氧化物负载于所述碳材料的表面，所述硫填充于所述碳材料和所述高熵合金氧化物之间的孔隙或者负载于所述碳材料和/或所述高熵合金氧化物的表面。本申请还提供一种所述锂硫电池正极材料的制备方法以及锂硫电池。本申请提供的锂硫电池正极材料包括碳材料以及高熵合金氧化物，所述碳材料作为导电基底，有利于提高锂硫电池正极材料的导电性；所述高熵合金氧化物极性强，对锂硫电池充放电中间产物多硫化物具有较强的吸附性能，防止多硫化物在电解液中溶解；所述高熵合金氧化物具有较高的稳定性，从而有利于提升锂硫电池的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
锂硫电池正极材料、其制备方法及锂硫电池
本申请涉及电化学储能领域，尤其涉及一种锂硫电池正极材料、锂硫电池正极材料的制备方法及包括所述锂硫电池正极材料的锂硫电池。
技术介绍
随着人类社会的不断发展，人们对能源的需求愈加旺盛，能源已经成为现代社会的支柱之一。而能源和储能设备的发展应该是相辅相成的，而且最近新能源汽车的发展是大势所趋，所以发展高能量密度，安全且耐用的能量存储器件是十分必要的。锂硫电池具有1675mAh/g的高理论比容量和2600Wh/kg的高能量密度，然而多硫化物的“穿梭效应”会造成锂硫电池容量的快速衰减。通过构建合适的硫载体，将活性物质锚定在载体上可抑制多硫化物的溶解与穿梭。其中，碳基载体往往具有优异的电子传输能力和较大的比表面积和孔体积而得到广泛应用。但是碳基载体的非极性特性导致其与中间产物多硫化物的化学亲和力弱，难以抑制多硫化物在电解液中的溶解。金属化合物能够化学吸附多硫化物，抑制其溶解过程，但是大部分金属化合物在充放电过程中稳定性差，导致锂硫电池的循环稳定性降低。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，有必要提供一种与中间产物多硫化物的化学亲和力强且稳定性好的锂硫电池正极材料，以解决上述问题。另，还有必要提供一种所述锂硫电池正极材料的制备方法。另，还有必要提供一种锂硫电池。一种锂硫电池正极材料，所述锂硫电池正极材料包括碳材料、高熵合金氧化物以及硫，所述高熵合金氧化物负载于所述碳材料的表面，所述硫填充于所述碳材料和所述高熵合金氧化物之间的孔隙或者负载于所述碳材料和/或所述高熵合金氧化物的表面。在本申请一些实施方式中，所述高熵合金氧化物占所述锂硫电池正极材料总质量的0.5％-30％。在本申请一些实施方式中，所述高熵合金氧化物中的金属元素选自铜、亚铁、钴、锰、镍、锌、镁、锡、钛、铬、钒、钼以及锆中的至少五种。在本申请一些实施方式中，所述高熵合金氧化物的粒径为2nm-500nm。在本申请一些实施方式中，所述硫占所述锂硫电池正极材料总质量的30％-90％。一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤:混合溶剂、碳材料、沉淀剂以及至少五种金属盐，得到一分散液；将所述分散液进行水热反应，得到前驱体粉末；煅烧处理所述前驱体粉末，得到碳材料负载的高熵合金氧化物；以及混合述碳材料负载的高熵合金氧化物与硫并进行煅烧，得到所述锂硫电池正极材料。在本申请一些实施方式中，所述分散液中还包括表面活性剂以及助表面活性剂，所述表面活性剂具有亲水基团，所述助表面活性剂包括醇类化合物。在本申请一些实施方式中，所述金属盐在所述分散液中的浓度为0.01mol·L-1-5mol·L-1；所述表面活性剂在所述分散液中的浓度为0.5mol·L-1-10mol·L-1；所述碳材料在所述分散液中的浓度为0.01g·L-1-100g·L-1。在本申请一些实施方式中，所述水热处理的温度为60℃-200℃，时间为2h-48h；煅烧处理所述碳材料负载的高熵合金氧化物与硫的温度为100℃-300℃，时间为2h-48h。一种锂硫电池，包括如上所述的锂硫电池正极材料。本申请提供的锂硫电池正极材料包括碳材料以及高熵合金氧化物，所述碳材料作为导电基底，有利于提高锂硫电池正极材料的导电性；所述高熵合金氧化物极性强，对锂硫电池充放电中间产物多硫化物具有较强的吸附作用，防止多硫化物在电解液中溶解；所述高熵合金氧化物具有较高的稳定性，从而有利于提升锂硫电池的循环稳定性。本申请通过水热法，使所述高熵合金氧化物原位生长于所述碳材料的表面，高熵合金氧化物与碳材料的结合力强，能进一步增加锂硫电池正极材料在充放电过程中的稳定性。附图说明图1为本申请一实施例提供锂硫电池正极材料的扫描电子显微镜测试图。图2为本申请提供的一种锂硫电池正极材料的制备方法流程图。如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。具体实施方式为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的所有的和任意的组合。本申请提供一种锂硫电池正极材料，包括碳材料、高熵合金氧化物以及硫，所述高熵合金氧化物负载于所述碳材料的表面，所述硫填充于所述碳材料和所述高熵合金氧化物之间的孔隙或者负载于所述碳材料和/或所述高熵合金氧化物的表面。其中，所述高熵合金氧化物是由五种或者五种以上等摩尔或者近等摩尔的不同金属元素的金属氧化物形成的一种联合晶格，具有单相晶体结构，这些金属元素的金属氧化物的晶体结构差别很大，并且在晶体中的位置没有任何明显的有序性，这种无序也被称为高熵，无序排列可阻碍晶格中缺陷的迁移，所以能够保持高熵合金氧化物在充放电过程中的高稳定性。所述碳材料的导电性能好，作为基底材料有利于提高所述锂硫电池正极材料的导电性。所述高熵合金氧化物极性强，与锂硫电池充放电中间产物多硫化物亲和力好，具有较强的吸附作用，从而抑制多硫化物的溶解；所述穿梭高熵合金氧化物稳定性好，在充放电过程中依然能够保持良好的稳定性。所述高熵合金氧化物中的金属元素包括但不限于铜、亚铁、钴、锰、镍、锌、镁、锡、钛、铬、钒、钼以及锆中的至少五种。所述高熵合金氧化物占所述锂硫电池正极材料总质量的0.5％-30％。本申请专利技术人发现，当高熵合金氧化物占所述锂硫电池正极材料总质量小于0.5％时，则锂硫电池正极材料对中间产物多硫化物的吸附作用弱，导致锂硫电池的能量衰减快；当高熵合金氧化物占所述锂硫电池正极材料总质量大于30％时，会降低锂硫电池正极材料的导电性。进一步地，所述高熵合金氧化物的粒径为2nm-500nm。在本申请一实施方式中，请参阅图1，所述高熵合金氧化物包含钴、铜、亚铁、锰以及镍五种金属元素，所述高熵合金氧化物呈颗粒状负载于碳纳米管表面，所述高熵合金氧化物的粒径约为10nm。所述硫的质量占所述锂硫电池正极材料总质量的30％-90％。请参阅图2，本申请实施例提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：混合溶剂、碳材料、表面活性剂、助表面活性剂、沉淀剂以及至少五种金属盐，得到一分散液。具体地，将所述溶剂以及助表面活性剂按一定的体积比混合，并加入表面活性剂，然后再加入所述碳材料、所述金属盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池正极材料，其特征在于，所述锂硫电池正极材料包括碳材料、高熵合金氧化物以及硫，所述高熵合金氧化物负载于所述碳材料的表面，所述硫填充于所述碳材料和所述高熵合金氧化之间物的孔隙或者负载于所述碳材料和/或所述高熵合金氧化物的表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极材料，其特征在于，所述锂硫电池正极材料包括碳材料、高熵合金氧化物以及硫，所述高熵合金氧化物负载于所述碳材料的表面，所述硫填充于所述碳材料和所述高熵合金氧化之间物的孔隙或者负载于所述碳材料和/或所述高熵合金氧化物的表面。


2.根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述高熵合金氧化物占所述锂硫电池正极材料总质量的0.5％-30％。


3.根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述高熵合金氧化物中的金属元素选自铜、亚铁、钴、锰、镍、锌、镁、锡、钛、铬、钒、钼以及锆中的至少五种。


4.根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述高熵合金氧化物的粒径为2nm-500nm。


5.根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述硫占所述锂硫电池正极材料总质量的30％-90％。


6.一种如权利要求1-5任意一项所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
混合溶剂、碳材料、沉淀剂以及至少五种金属盐，得到一分散液；
将所述分散液进行水热反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕伟，王新亮，韩志远，杨全红，康飞宇，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44