一种分等级多孔复合锂硫电池正极及其制备方法与流程

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种分等级多孔复合锂硫电池正极及其制备方法。

背景技术：

近年来，消费类电子产品、新能源汽车及储能系统等领域的快速发展，对电池能量密度要求越来越高。目前，动力电池方面，磷酸铁锂电池能量密度160Wh/kg左右，三元材料达220～260Wh/kg，政府和业界作为下一段发展目标提出2020年动力电池模块的能量密度达到300Wh/kg。

锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。比容量高达1675mAh/g，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的材料。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，锂硫电池是一种非常有前景的锂电池。

锂硫电池虽然具有较高的能量密度，但其也存在较多的问题：硫作为不导电的物质，导电性非常差，不利于电池的高倍率性能；硫在充放电过程中，体积的变化非常大，有可能导致电池损坏；锂的多硫化合物溶于电解液，易造成穿梭效应，导致活性物质损失，影响循环性能。

大量研究改善锂硫电池性能，对于锂硫电池正极，通常采用多种导电剂材料复合的方法来改善锂硫电池正极材料的性能。采用导电剂与硫复合的方法，起到了改善锂硫电池电化学性能的作用，形成了导电网络，但是，目前这些改善锂硫电池正极材料性能的方法，它们由于受限于复合材料本身限制，或者由于步骤繁琐、条件苛刻而不利于工业生产，或多或少在不同程度上限制了大规模的生产应用。复合材料或受限于材料本身限制，或步骤繁琐条件苛刻不利于工业生产，或多或少的限制了大规模应用。

因此，目前迫切需要开发出一种技术，其可以有效改善硫正极的导电性和使用效率，改善锂硫电池正极材料的导离子性能，并且抑制多硫化物穿梭效应，提升锂硫电池正极材料在循环过程中的稳定性，进而大幅度提高锂硫电池的整体性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种分等级多孔复合锂硫电池正极及其制备方法，该分等级多孔复合锂硫电池正极可以有效改善硫正极的导电性和使用效率，改善锂硫电池正极材料的导离子性能，并且抑制多硫化物穿梭效应，提升锂硫电池正极材料在循环过程中的稳定性，进而大幅度提高锂硫电池的整体性能，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，推进广泛地生产应用，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种分等级多孔复合锂硫电池正极，包括正极集流体，所述正极集流体的表面涂覆有一层正极涂覆层；

所述正极涂覆层包含重量百分比为10％～95％的正极活性物质、2％～80％的导电剂、0％～10％的分散剂和1％～20％的粘结剂。

其中，所述正极活性物质包含单质硫S₈、硫化物、硫S₈/碳材料复合材料、硫化物/碳材料复合材料以及硫S₈/导电聚合物复合材料中的至少一种；

所述导电剂包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的至少一种；

所述粘结剂为聚偏氟乙烯PVDF或聚四氟乙烯PTFE。

其中，所述正极活性物质占所述正极涂覆层的重量百分比为30％～90％；

所述导电剂占所述正极涂覆层的重量百分比为10％～50％；

所述粘结剂占所述正极涂覆层的重量百分比为2％～10％。

其中，所述硫化物的分子式为Li₂S_n，其中n≥1；

在硫S₈/碳材料复合材料中，所述碳材料包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的任意一种,所述碳材料占所述正极活性物质的重量百分比为10％～50％；

在硫化物/碳材料复合材料中，所述碳材料包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的任意一种，所述碳材料占所述正极活性物质的重量百分比为10％～50％；

在硫S₈/导电聚合物复合材料中，所述导电聚合物包含聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩中的任意一种，所述导电聚合物占所述正极活性物质的重量百分比为10％～50％。

此外，本发明还提供了一种分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，包括以下步骤：

第一步：按照不同材料的重量配比，以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂，将溶剂、正极活性物质、导电剂、分散剂和粘结剂混合，并且充分搅拌均匀，浆料粘度控制在1000～10000毫帕秒，获得匀制好的浆料；

其中，所述正极活性物质为正极活性物质干粉，所述分散剂为分散剂干粉，所述导电剂为导电剂干粉或者以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂、导电剂干粉为溶质的导电剂浆料，所述粘结剂为粘结剂干粉或者以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂、粘结剂干粉为溶质的粘结剂浆料；所述正极活性物质干粉、分散剂干粉、导电剂干粉和粘结剂干粉一起组成浆料干粉；

第二步：将匀制好的浆料均匀涂覆于正极集流体表面，然后保持在60℃～130℃的温度下加热将浆料烘干，形成电池正极极片；

第三步：对电池正极极片继续保持在80℃～260℃的温度下进行原位升华，最终制备获得分等级多孔复合锂硫电池正极。

其中，在第一步中，所述浆料干粉包含重量百分比为10％～95％的正极活性物质干粉、2％～80％的导电剂干粉、0％～10％的分散剂干粉和1％～20％的粘结剂干粉。

其中，所述正极活性物质包含单质硫S₈、硫化物、硫S₈/碳材料复合材料、硫化物/碳材料复合材料以及硫S₈/导电聚合物复合材料中的至少一种；

所述导电剂包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的至少一种。

其中，所述正极活性物质干粉占所述浆料干粉的重量百分比为30％～90％；

所述导电剂干粉占所述浆料干粉的重量百分比为5％～50％；

所述硫化物的分子式为Li₂S_n，其中n≥1；

在硫S₈/碳材料复合材料中，所述碳材料包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的任意一种，所述碳材料占所述正极活性物质的重量百分比为10％～50％；

在硫化物/碳材料复合材料中，所述碳材料包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的任意一种，所述碳材料占所述正极活性物质的重量百分比为10％～50％；

在硫S₈/导电聚合物复合材料中，所述导电聚合物包含聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩中的任意一种，所述导电聚合物占所述正极活性物质的重量百分比为10％～50％。

其中，在第一步中，所述正极活性物质干粉的粒径D50为1～200微米；

在第二步中，所述匀制好的浆料均匀涂覆于正极集流体表面的厚度为1～500微米；

在第三步中，所述原位升华的温度为90～200℃；

所述对电池正极极片进行原位升华的时间为0～12小时；

在第三步中，具体在氮气的保护下对电池正极极片进行原位升华；

在第三步中，对电池正极极片进行原位升华后，在氮气的保护下降至常温，最终制备获得分等级多孔复合锂硫电池正极。

其中，在第一步中，所述正极活性物质干粉的粒径D50为5～100微米；

在第二步中，所述匀制好的浆料均匀涂覆于正极集流体表面的厚度为50～300微米；

在第三步中，所述对电池正极极片进行原位升华的时间为1～60分钟。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种分等级多孔复合锂硫电池正极及其制备方法，该分等级多孔复合锂硫电池正极可以有效改善硫正极的导电性和使用效率，改善锂硫电池正极材料的导离子性能，并且抑制多硫化物穿梭效应，提升锂硫电池正极材料在循环过程中的稳定性，进而大幅度提高锂硫电池的整体性能，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，推进广泛地生产应用，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为运用本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例1制备的硫S₈升华时间为15分钟的硫S₈和碳黑复合材料的扫描电镜图；

图2为运用本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例1制备的硫S₈和碳黑复合材料的扣式电池充放电曲线示意图；

图3为运用本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例2制备的硫S₈升华时间为15分钟的硫S₈和碳纳米管CNT复合材料的扫描电镜图；

图4为运用本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例2制备的硫S₈和碳纳米管CNT复合材料的扣式电池充放电曲线示意图；

图5为运用本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例3制备的硫S₈升华时间为15分钟的硫S₈和石墨烯Graphene复合材料的扫描电镜图；

图6为运用本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例3制备的硫S₈和石墨烯Graphene复合材料的扣式电池充放电曲线示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种分等级多孔复合锂硫电池正极，包括正极集流体，所述正极集流体的表面涂覆有一层正极涂覆层。

在本发明中，具体实现上，所述正极集流体可以为铝箔。

在本发明中，具体实现上，所述正极涂覆层包含重量百分比为10％～95％的正极活性物质、2％～80％的导电剂、0％～10％的分散剂和1％～20％的粘结剂。

具体实现上，所述正极涂覆层的厚度可以为1～500微米，优选为50～300微米。

具体实现上，所述正极活性物质占所述正极涂覆层的重量百分比优选为30％～90％。

具体实现上，所述正极活性物质可以包含单质硫S₈、硫化物、硫S₈/碳材料复合材料、硫化物/碳材料复合材料以及硫S₈/导电聚合物复合材料中的至少一种。需要说明的是，通常单质硫是晶体,其是由8个S原子形成的S₈分子形成的分子晶体。所述硫化物的分子式优选为Li₂S_n，其中n≥1。需要说明的是，在硫S₈/碳材料复合材料中，所述碳材料可以包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的任意一种,所述碳材料占所述正极活性物质的重量百分比为10％～50％。在硫化物/碳材料复合材料中，所述碳材料可以包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的任意一种，所述碳材料占所述正极活性物质的重量百分比优选为10％～50％。在硫S₈/导电聚合物复合材料中，所述导电聚合物可以包含聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电聚合物材料中的任意一种，所述导电聚合物占所述正极活性物质的重量百分比优选为10％～50％。

具体实现上，所述导电剂占所述正极涂覆层的重量百分比优选为10％～50％。所述导电剂可以包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的至少一种。

具体实现上，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮PVP。

具体实现上，所述粘结剂占所述正极涂覆层的重量百分比优选为2％～10％。所述粘结剂可以为聚偏氟乙烯PVDF或聚四氟乙烯PTFE。

因此，基于上述技术方案可知，对于本发明提供的一种分等级多孔复合锂硫电池正极，其正极集流体表面涂覆的正极涂覆层包括硫碳复合材料和分等级的多孔电极结构。具体实现上，可以基于原位的方法形成多孔的硫和碳复合材料形成纳米级的孔结构，通过硫升华形成介孔结构，并且通过不同粒度分布硫颗粒、碳材料组合排列形成微米级孔结构。

对于本发明，纳米孔、介孔、微米孔结构构成分等级多孔电极结构，且孔径、孔隙率、材料厚度可调，可用于容纳硫正极材料的体积变化、抑制硫颗粒粉化、吸附多硫化物等中间产物，最终改善锂硫电池正极性能。

经过实践检验，对于本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的正极集流体表面涂覆的正极涂覆层，其具有的纳米多孔复合硫和碳材料的孔径可以为0～10纳米，而通过硫升华形成的介孔的孔径可以为0～1微米，由于不同粒度分布硫颗粒、碳材料组合排列形成微米级孔结构孔径可以为0～50微米。

此外，本发明还提供了一种分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，用于生产上述本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极，该方法具体包括以下步骤：

第一步：按照不同材料的重量配比，以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂，将溶剂、正极活性物质、导电剂、分散剂和粘结剂混合，并且充分搅拌均匀，浆料粘度控制在1000～10000毫帕秒，获得匀制好的浆料；

其中，所述正极活性物质为正极活性物质干粉(正极活性物质干粉即为正极活性物质的粉末，需要说明的是，某固体物质的干粉即为该物质的粉末，例如为通过对该物质进行过筛得到的粉末)，所述分散剂为分散剂干粉，所述导电剂为导电剂干粉或者以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂、导电剂干粉为溶质的导电剂浆料，所述粘结剂为粘结剂干粉或者以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂、粘结剂干粉为溶质的粘结剂浆料；所述正极活性物质干粉、分散剂干粉、导电剂干粉和粘结剂干粉一起组成浆料干粉；

具体需要说明的是，上述导电剂、粘结剂分别包括导电剂干粉和粘结剂干粉，还可以分别包括事先匀制好的以氮甲基吡咯烷酮为溶剂、以导电剂干粉和粘结剂干粉为溶质的导电剂和粘结剂浆料；其中，正极活性物质干粉、分散剂干粉、不包含溶剂(分散于溶剂的)的导电剂干粉和不包含溶剂(分散于溶剂的)的粘结剂干粉组成浆料干粉。

第二步：将匀制好的浆料均匀涂覆于正极集流体表面，然后保持在60℃～130℃的温度下加热将浆料烘干(具体可以放置在烘箱中)，形成电池正极极片；

第三步：对电池正极极片继续保持在80℃～260℃的温度下进行原位升华(具体可以放置在烘箱中)，最终制备获得分等级多孔复合锂硫电池正极。

在第一步中，具体实现上，所述浆料干粉包含重量百分比为10％～95％的正极活性物质干粉、2％～80％的导电剂干粉、0％～10％的分散剂干粉和1％～20％的粘结剂干粉。

具体实现上，所述正极活性物质干粉占所述浆料干粉的重量百分比优选为30％～90％。

具体实现上，所述正极活性物质可以包含单质硫S₈、硫化物、硫S₈/碳材料复合材料、硫化物/碳材料复合材料以及硫S₈/导电聚合物复合材料中的至少一种。

需要说明的是，在硫S₈/碳材料复合材料中，所述碳材料可以包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的任意一种，所述碳材料占所述正极活性物质的重量百分比优选为10％～50％。在硫化物/碳材料复合材料中，所述碳材料可以包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的任意一种，所述碳材料占所述正极活性物质的重量百分比优选为10％～50％。在硫S₈/导电聚合物复合材料中，所述导电聚合物可以包含聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电聚合物材料中的任意一种，所述导电聚合物占所述正极活性物质的重量百分比优选为10％～50％。

需要说明的是，通常单质硫是晶体,其是由8个S原子形成的S₈分子形成的分子晶体。所述硫化物的分子式优选为Li₂S_n，其中n≥1。

在第一步中，具体实现上，所述正极活性物质干粉的粒径D50可以为1～200微米，优选为5～100微米。

在第一步中，具体实现上，所述导电剂干粉占所述浆料干粉的重量百分比优选为5％～50％。所述导电剂可以包含炭黑、氪氰黑、活性炭、碳纳米管CNT、石墨烯Graphene和石墨类导电剂中的至少一种。

具体实现上，所述分散剂可以为聚乙烯吡咯烷酮PVP。

具体实现上，所述粘结剂干粉占所述浆料干粉的重量百分比优选为2％～10％。所述粘结剂可以为聚偏氟乙烯PVDF或聚四氟乙烯PTFE。

在第二步中，具体实现上，所述正极集流体可以为铝箔。

在第二步中，具体实现上，所述匀制好的浆料均匀涂覆于正极集流体表面的厚度可以为1～500微米，优选为50～300微米。

在第三步中，具体实现上，所述原位升华的温度优选为90～200℃。所述对电池正极极片进行原位升华的时间可以为0～12小时，优选为1～60分钟。

在第三步中，具体实现上，优选为在氮气的保护下对电池正极极片进行原位升华。

在第三步中，具体实现上，对电池正极极片进行原位升华后，优选为在氮气的保护下降至常温(10～30℃)，最终制备获得分等级多孔复合锂硫电池正极。

因此，基于上述方案可知，对于本发明提供的一种分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，其首先将硫粉、导电剂、粘结剂匀制的浆料涂覆于正极集流体上烘干，然后利用原位的方法将其中的硫进行升华，从而改变硫粉、导电剂、粘结剂的比例和含量，以及改变硫粉的颗粒大小和粒度分布，可以制备涂覆厚度、升华时间等可轻松调控的复合物结构，得到一种新型的分等级多孔复合锂硫电池正极，该方法的可控性高，操作简单，易转化为工业生产技术。本发明方法所制备的新型的分等级多孔复合锂硫电池，其正极，厚度、孔结构可调，硫复合正极导电性能、微观结构开放性得到改善。

下面结合实施例1至实施例3，说明根据本发明提供的一种分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，生产分等级多孔复合锂硫电池正极的具体过程。

实施例1

具体实施例1中，本发明制备分等级多孔复合锂硫电池正极，包括以下步骤：

第一步，选择单质硫(S₈)为活性物质，将硫粉过筛，得到细硫粉待用；制备浓度为6％的聚偏氟乙烯PVDF乳液作为粘结剂待用；

第二步，以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂，将溶剂和干粉重量比为90:5:5的正极活性物质、导电碳黑(作为导电剂)和粘结剂(即所述6％的聚偏氟乙烯PVDF乳液)混合配比浆料，并匀制均匀，满足涂布要求后，对正极集流体进行涂布，在80℃～110℃的炉膛内，走带烘干1分钟，获得正极极片；

第三步，在氮气的保护下，在200度的加热装置内加热15分钟，以将烘干的正极极片在原位进行硫S₈的升华，升华硫部分吸附生长在高比表面积的导电碳黑上，形成导电碳黑和硫S₈复合纳米多孔材料的同时，硫S₈升华后形成的孔道和导电碳黑形成的孔道组成分等级的三维立体结构。

第四步，在氮气的保护下，将正极极片温度降至常温，收卷待用，最终获得分等级多孔复合锂硫电池正极。

图1为运用本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例1制备的硫S₈升华时间为15分钟的硫S₈和导电碳黑复合材料的扫描电镜图。由图1可知，锂硫电池正极极片微观结构的组成为：碳材料构成纳米孔结构，升华原位形成的硫和导电碳黑复合材料形成纳米级的孔结构，通过硫升华形成介孔结构，并且通过硫颗粒、碳材料组合排列形成微米级孔结构。整体材料结构为分等级的多孔结构。该分等级的多孔材料可提供充分的储液空间，提升快速反应机制，进而提升锂硫电池的容量发挥和中间产物的吸附能力。

对于本实施例，所制备获得的分等级多孔复合锂硫电池正极极片进行容量测试，具体为：用分等级多孔复合锂硫电池正极极片制备扣式电池，并进行容量测试，结果如图2所示。图2为运用本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例1制备的硫S₈和导电碳黑复合材料的扣式电池充放电曲线示意图。由图2可知，该方法制备的硫S₈和导电碳黑复合材料的扣式电池的容量可达到660mAh/g，其中，硫S₈的容量发挥可达730mAh/g。

实施例2

具体实施例2中，本发明制备分等级多孔复合锂硫电池正极，包括以下步骤：

第一步，选择单质硫(S₈)为活性物质，将硫粉过筛，得到细硫粉待用；配制浓度为5％的碳纳米管CNT溶液待用；制备浓度为6％的聚偏氟乙烯PVDF乳液作为粘结剂待用；

第二步，以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂，将溶剂和干粉重量比为90:5:5的正极活性物质、CNT(作为导电剂，即浓度为5％的碳纳米管CNT溶液)和粘结剂(即所述6％的聚偏氟乙烯PVDF乳液)混合配比浆料，并匀制均匀，满足涂布要求后，对正极集流体进行涂布，在80℃～110℃的炉膛内，走带烘干1分钟，获得正极极片；

第三步，在氮气的保护下，在200度的加热装置内加热15分钟，以将烘干的正极极片在原位进行硫S₈的升华，升华硫部分吸附生长在高比表面积的CNT管道上，形成碳纳米管CNT和硫S₈复合纳米多孔材料的同时，硫S₈升华后形成的孔道和碳纳米管CNT形成的孔道组合成分等级的三维立体结构。

第四步，在氮气的保护下，将正极极片温度降至常温，收卷待用，最终获得分等级多孔复合锂硫电池正极。

图3为运用本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例2制备的硫S₈升华时间为15分钟的硫S₈和碳纳米管CNT复合材料的扫描电镜图；由图3可知，锂硫电池正极极片微观结构的组成为：碳材料和CNT构成的纳米孔结构，升华原位形成的硫S₈和碳纳米管CNT复合材料形成纳米级的孔结构，通过硫升华形成介孔结构，并且通过硫颗粒、碳材料组合排列形成微米级孔结构。该分等级的多孔材料可提供充分的储液空间，提升快速反应机制，进而提升锂硫电池的容量发挥和中间产物的吸附能力。

对于本实施例，所制备获得的分等级多孔复合锂硫电池正极极片进行容量测试，具体为：用分等级多孔复合锂硫电池正极极片制备扣式电池，并进行容量测试，结果如图4所示。图4为运用本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例2制备的硫S₈和碳纳米管CNT复合材料的扣式电池充放电曲线示意图；由图4可知，该方法制备的硫S₈和碳纳米管CNT复合材料的扣式电池可达到600mAh/g，其中，硫S₈的容量发挥可达到660mAh/g。

实施例3

具体实施例3中，本发明制备分等级多孔复合锂硫电池正极，包括以下步骤：

第一步，选择单质硫S₈为活性物质，将硫粉过筛，得到细硫粉待用；配制浓度为5％的石墨烯Graphene溶液待用；制备浓度为6％的聚偏氟乙烯PVDF乳液作为粘结剂待用；

第二步，以氮甲基吡咯烷酮NMP为溶剂，将溶剂和干粉重量比为90:5:5:5的正极活性物质、Graphene(作为导电剂，即浓度为5％的石墨烯Graphene溶液)和粘结剂(即所述6％的聚偏氟乙烯PVDF乳液)混合，并匀制均匀，满足涂布要求后，对正极集流体进行涂布，在80℃～110℃的炉膛内，走带烘干1分钟，获得正极极片；

第三步，在氮气的保护下，在200度的加热装置内加热15分钟，以将烘干的正极极片在原位进行硫S₈的升华，升华硫部分吸附生长在高比表面积的石墨烯Graphene壁上，形成石墨烯Graphene和硫S₈复合纳米多孔材料的同时，硫S₈升华后形成的孔道和石墨烯Graphene形成的孔道组合成分等级的三维立体结构。

第四步，在氮气的保护下，将正极极片温度降至常温，收卷待用，最终获得分等级多孔复合锂硫电池正极。

图5为运用本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例3制备的硫S₈升华时间为15分钟的硫S₈和Graphene复合材料的扫描电镜图；由图5可知，锂硫电池正极极片微观结构的组成为：碳材料Graphene构成纳米孔结构，升华原位形成的硫S₈和Graphene复合材料形成纳米级的孔结构，通过硫升华形成介孔结构，并且通过硫颗粒、碳材料组合排列形成微米级孔结构。该分等级的多孔材料可提供充分的储液空间，提升快速反应机制，进而提升锂硫电池的容量发挥和中间产物的吸附能力。

对于本实施例，所制备获得的分等级多孔复合锂硫电池正极极片进行容量测试，具体为：用分等级多孔复合锂硫电池正极极片制备扣式电池，并进行容量测试，结果如图6所示。图6为运用本发明提供的分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，在实施例3制备的硫S₈和Graphene复合材料的扣式电池充放电曲线示意图。由图6可知，该方法制备的硫S₈和Graphene复合材料的扣式电池的容量可达到540mAh/g，其中，硫S₈的容量发挥可达到600mAh/g。

基于上述技术方案可知，与现有技术相比较，对于本发明提供的一种分等级多孔复合锂硫电池正极的制备方法，其具有以下优点：

1、要求条件简单，方法简易，适用范围广泛；

2、该方法可选择性控制合成不同形貌、组成和厚度的复合物，可控性高；

3、该制备方法制备的复合物具有多孔性连接性，改善了单一物种导电性和其他性能的兼容性，具备良好导电性；

4、该分等级多孔复合锂硫电池正极材料，兼具复合材料和多孔材料的优点，可快速响应电信号，提高活性物质的利用率，提升活性物质克容量；

5、该制备方法工艺简单，重复性好，工业生产前景广阔。

基于以上所述，本发明采用原位的方法进行制备了一种新型的分等级多孔复合锂硫电池正极材料，其优点在于其构建了导电网络、综合了导电衬底的高的比表面积和分等级多孔通道，可以提高硫正极的导电性和使用效率，改善正极活性物质材料的导离子性能，并且有助于锂硫中间化合物的吸附，抑制多硫化物穿梭效应，提升正极活性物质材料在循环过程中的稳定性，采用原位的合成方法有助于锂硫正极的大规模生产和应用。

因此，基于上面的表述可知，与现有技术相比较，本发明提供的一种分等级多孔复合锂硫电池正极及其制备方法，该分等级多孔复合锂硫电池正极可以有效改善硫正极的导电性和使用效率，改善锂硫电池正极材料的导离子性能，并且抑制多硫化物穿梭效应，提升锂硫电池正极材料在循环过程中的稳定性，进而大幅度提高锂硫电池的整体性能，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，推进广泛地生产应用，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。