背景技术
[0002] 电化学储能领域中的锂硫电池由于具有超高的理论容量(2600Wh·Kg-1)而获得学
者们的青睐 ，但锂硫电 池在充放电 过程中 ，硫生成的中间价态多硫化物与碳基材料亲和力 较差 ，容易溶解到电 解液中 ，发生副反应 ，这造成了活性物 质的 损失 ，导致锂硫电 池性能的 快速衰减。针对多硫化物容易从正极扩散带来的容量衰减问题，硫正极作为多硫化物的来 源，是需要关注的重点。部分学者采用通过对碳基材料的功能化设计，如杂原子掺杂、表面 官能团化来提高碳基体与多硫化物之间的相互作用；也有学者采用金属氧化物与多硫之间 形成强的 化学键合作 用来限 制多硫化物的 溶解。尽管如此 ，上述物理包覆和化学吸附的 方 法 相对复 杂 ，仍无法实现接近实 用化的正极性能 ；且上述方法只能实现对多硫化物的 有效 吸附 ，与多硫化物之间没有较强的亲和力，其表面没有丰富的活性位点 ，但不能实现多硫化 物在其表面的有效转化成低价态的硫化锂。
分散液的浓度为0 .1-5gL-1，所述金属盐溶液的浓度为0 .1-5mol·L-1，所述含硫前驱体溶液
的浓度为0 .01-5molL-1。 8 .根据权利要求6所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述第一阶段加
热和/或第二阶段加热的温度为60-220℃，时间为2-24h。 9 .一种正极片，其特征在于，所述正极片包括集流体和设置于所述集流体表面的涂覆
(10)申请公布号 CN 109742359 A (43)申请公布日 2019.05.10 H01M 10/052(2010 .01) B82Y 30/00(2011 .01)
权利要求书1页 说明书ຫໍສະໝຸດ 页 附图6页CN 109742359 A
CN 109742359 A
权 利 要 求 书
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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含石墨烯、金属硫化 物和硫颗粒 ，所述金 属硫化物包括至 少两种过渡金 属硫化物 ，所述金 属硫化物和硫颗粒共 同负载在所述石墨烯的表面。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910013345 .3
(22)申请日 2019 .01 .07
(71)申请人 清华大学深圳研究生院 地址 518055 广东省深圳市南山区西丽大 学城清华校区
(72)发明人 吕伟 牛树章 张思伟 游从辉 杨全红 康飞宇
锂硫电池 ( 57 )摘要
一种锂硫电池正极材料，所述锂硫电池正极 材料包含石墨烯 、金 属硫化物和硫颗粒 ，所述金 属硫化物包括至少两种过渡金属硫化物，所述金 属硫化物和硫颗粒共同负载在所述石墨烯的表 面。本发明还提供一种制备所述锂硫电池正极材 料的方法，以及包括所述锂硫电池正极材料的正 极片和锂硫电池。本发明提供的锂硫电池正极材 料具有至少两种金属硫化物紧密的镶嵌在石墨 烯的 表面的 结构 ，形成具有导电 的 网 络结构 ，为 电子和离子的快速传输提供了通道，且利用金属 硫化物的极性特性和边缘富含活性位点的特性， 促进锂硫电 池正极反应过程中 ，多硫化物向过硫 化锂和硫化锂的转化，提高锂硫电池中活性物质 的利用率，最终促进锂硫电池的实用化。
5 .根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述石墨烯的片层结构的面 积为1-100um，所述石墨烯的孔径大小为0 .5-100nm。
6 .一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 提供至少两种金属盐、含硫前驱体和氧化石墨烯； 将所述金属盐与所述氧化石墨烯加入一溶剂中混合，第一阶段加热，得到第一分散液； 将所述含硫前驱体与所述第一分散液混合，第二阶段加热，得到第二分散液； 将所述第二分散液中的固体分离出来，干燥，得到石墨烯支撑的金属硫化物复合材料； 及 将所述石墨烯支撑的金属硫化物复合材料与硫颗粒复合得到所述锂硫电池正极材料。 7 .根据权利要求6所述的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯
(74)专利代理机构 深圳市鼎言知识产权代理有 限公司 44311
代理人 曾昭毅 郑海威
(51)Int .Cl . H01M 4/36(2006 .01) H01M 4/58(2010 .01) H01M 4/62(2006 .01) H01M 4/136(2010 .01)
( 54 )发明 名称 锂硫电 池正极材料 、其 制备方法 、正极 片及
材料，所述涂覆材料包括锂硫电池正极材料、粘结剂和导电剂。 10 .一种锂硫电池，其特征在于，包含如权利要求9所述的正极片。
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CN 109742359 A
说 明 书
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锂硫电池正极材料、其制备方法、正极片及锂硫电池
技术领域 [0001] 本发明涉及电化学储能领域，具体涉及一种锂硫电池正极材料、其制备方法、正极 片及锂硫电池。
发明内容 [0003] 有鉴于此，有必要提供锂硫电池正极材料，以解决上述问题。 [0004] 另，还有必要提供一种制备所述锂硫电池正极材料的方法。 [0005] 另，还有必要提供一种包括所述锂硫电池正极材料的正极片以及锂硫电池。 [0006] 一种锂硫电池正极材料，所述锂硫电池正极材料包含石墨烯、金属硫化物和硫颗 粒 ，所述金 属硫化物包括至 少两种过渡金 属硫化物 ，所述金 属硫化物和硫颗粒共同 负载在 所述石墨烯的表面。 [0007] 进一步地 ，所述金属硫化物的 质量占 所述金属硫化物与所述石墨烯总质量的 0 .1％-30％。 [0008] 进一步地，所述硫颗粒的质量占所述锂硫电池正极材料总质量的40％-95％。 [0009] 进一步地，所述的金属硫化物包括硫化钴、硫化镍、硫化铜、硫化锌、硫化铁、硫化 钼、硫化钛、硫化钨、硫化钒、硫化铌、硫化镉中的至少两种，所述金属硫化物的颗粒大小为 1nm-2um。 [0010] 进一步地，所述石墨烯的片层结构的面积为1-100um，所述石墨烯的孔径大小为 0 .5-100nm。 [0011] 一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤： [0012] 提供至少两种金属盐、含硫前驱体和氧化石墨烯； [0013] 将所述金属盐与所述氧化石墨烯加入一溶剂中混合，第一阶段加热，得到第一分 散液； [0014] 将所述含硫前驱体与所述第一分散液混合，第二阶段加热，得到第二分散液；
2 .根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述金属硫化物的质量占所 述金属硫化物与所述石墨烯总质量的0 .1％-30％。
3 .根据权利要求2所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述硫颗粒的质量占所述锂 硫电池正极材料总质量的40％-95％。
4 .根据权利要求1所述的锂硫电池正极材料，其特征在于，所述的金属硫化物包括硫化 钴、硫化镍、硫化铜、硫化锌、硫化铁、硫化钼、硫化钛、硫化钨、硫化钒、硫化铌、硫化镉中的 至少两种，所述金属硫化物的颗粒大小为1nm-2um。