本发明属于锂硫电池，具体涉及一种含催化剂的锂硫电池正极制备方法。
背景技术：
1、锂离子电池的商业化使得电动汽车产业快速发展。实现续航里程超过1000公里的电动汽车，需要实际能量密度超过500wh/kg的二次电池。然而，锂离子电池受限于其反应机制，实际能量密度一般低于400wh/kg，难以满足长续航高里程电动汽车的需求。锂硫电池具有高达2600wh/kg的超高理论能量密度，因而受到了广泛的关注。
2、在实际工况条件下，锂硫电池正极侧反应遵循多相多电子转化过程。具体而言，在放电过程中，固相的单质硫首先发生固液转化，电化学还原生成可溶性的中间产物多硫化锂。液相多硫化锂随后发生液相还原过程，并最终在导电表面发生液固转化生成固相硫化锂。上述液固转化过程是动力学迟滞步骤，导致实际锂硫电池液固沉积不充分，正极放电比容量低，严重制约了锂硫电池的实用化进程。基于上述问题，前人大多采用引入正极催化剂的方法以加速液固转化动力学，进而构筑高比能锂硫电池。
3、yuan等人在正极中引入导电极性无机化合物cos2加速多硫化物的转化动力学，实现了锂硫电池放电比容量的提升(nano lett.2016,16,519-527)。yang等人构筑了ws2-wo3异质结催化剂，通过wo3强化对多硫化物的吸附，ws2强化对多硫化物的转化，从而同时提升多硫化物的传质和界面电荷转移过程，提升了正极放电比容量(adv.energy mater.2020,2000091)。lv等人构筑了富含晶界的mon-mo2n催化剂，利用晶界处特殊的电子结构，调控多硫化物液固沉积动力学和沉积模式(nano energy2022,91,106669)。然而，大多数研究都只注重如何构筑具有更优异效果的催化位点，忽视了催化效果在实际电池体系中的发挥。实际上，催化位点本征催化活性的提高，不意味着其在实际电池体系中可以充分且有效地提升性能。这是因为正极液固转化反应发生在电解液、催化剂与导电碳的三相界面处，只有催化剂具有合理的空间分布，处于电解液和导电碳的相界面，同时接触离子通路与电子通路，才有可能发挥催化效果并提升电池性能。从这一点出发，强化催化剂与导电碳的相互作用，合理复合催化剂与导电碳，优化催化剂在正极中的空间分布，是提升催化效果的重要手段之一。特别是需要开发催化剂与导电碳的合理复合方式，有望提升催化剂在实际电池体系中的性能发挥。
4、因此，亟待提供一种新型的催化剂复合方式，实现催化剂与锂硫电池正极的制备，进而充分发挥催化剂的催化效果，构筑高性能的锂硫电池体系。。
技术实现思路
1、本发明提供了一种含催化剂的锂硫电池正极制备方法，采用有机系粘结剂先溶解后析出的方式将导电碳材料和催化剂复合，步骤包括：
2、1)将金属化合物催化剂、导电碳材料b和有机系粘结剂混合；
3、2)将上述混合物加入有机分散剂中，优选为n-甲基吡咯烷酮，搅拌形成第一浆料；
4、3)向第一浆料中加入去离子水，得到第二浆料，搅拌析出有机系粘结剂；
5、4)从第二浆料中分离出固体物质，即获得复合催化剂；优选为通过抽滤分离出浆料中的固体物质；
6、5)将单质硫、导电碳材料a、水系粘结剂和复合催化剂混合，得到混合物；
7、6)将步骤5)混合物加入去离子水，充分搅拌形成第三浆料；
8、7)将第三浆料涂布在铝箔上，干燥，即获得含催化剂的锂硫电池正极。
9、在一些优选地实施方案中，所述金属化合物催化剂选自氮化钛、氮化钴、氮化镍、氮化钒、碳化钛或碳化铁中的一种或几种；
10、和/或
11、所述导电碳材料b为石墨烯和/或碳纳米管；
12、和/或
13、所述有机系粘结剂为聚四氟乙烯和/或聚偏二氟乙烯。
14、在一些优选地实施方案中，所述导电碳材料a选自乙炔黑、科琴黑、中间相碳微球或活性炭中的一种；
15、和/或
16、所述水系粘结剂选自聚丙烯酸、羧甲基纤维素或聚乙烯醇中的一种。
17、在一些优选地实施方案中，所述步骤1)中，金属化合物催化剂的质量分数为65～85wt％，有机系粘结剂的质量分数为3～5wt％，余量为导电碳材料b。
18、在一些优选地实施方案中，所述步骤5)中，单质硫的质量分数为65～80wt％，水系粘结剂质量分数为5～10wt％，复合催化剂质量分数为1～10wt％，余量为导电碳材料a。
19、在一些优选地实施方案中，所述步骤2)中，第一浆料的固含量为10～20wt％，优选为15wt％。
20、在一些优选地实施方案中，所述步骤3)中，第二浆料的固含量为3～7wt％，优选为5wt％。
21、在一些优选地实施方案中，所述步骤6)中，第三浆料的固含量为10～15wt％，优选为12wt％。
22、在一些优选地实施方案中，所述步骤7)中，干燥温度为30～80℃和/或干燥时间为2～20小时；优选为60℃下烘干12小时。
23、在一些优选地实施方案中，所述含催化剂的锂硫电池正极中的单质硫的面载量为6～10mg/cm2。
24、第二方面，本发明提供一种所述的制备方法制备得到的含催化剂的锂硫电池正极。
25、第三方面，本发明还提供一种所述的含催化剂的锂硫电池正极在锂硫电池中的应用。
26、第四方面，本发明提供一种锂硫电池，其包含：含催化剂的锂硫电池正极、负极、置于所述正极与所述负极之间的隔膜、以及锂硫电池电解液。
27、在锂硫电池中，采用所述含催化剂的锂硫电池正极，使得锂硫电池在0.5c的充放电倍率下，正极首圈放电比容量不低于1300mah/g，放电比容量衰减至初始的80％时循环圈数不低于300圈。
28、本发明的有益效果在于：
29、1、本发明提供了含催化剂的锂硫电池正极制备方法，采用有机系粘结剂b首先溶于有机分散剂n-甲基吡咯烷酮，随后加入金属化合物催化剂和导电碳材料b，三者混合均匀后加入反溶剂去离子水使有机系粘结剂析出。通过上述方式将金属化合物催化剂与导电碳材料b有效结合起来，金属化合物催化剂定向负载在高比表面积的导电碳材料b上，进而诱导硫化锂定向、可逆沉积在高导电高比表面积的导电碳材料b上，实现活性物质利用率的大幅提高以及在循环过程中保持稳定。
30、2、本发明所述含催化剂的锂硫电池正极以及复合催化剂的设计能有效发挥金属化合物催化剂对反应中间产物的催化效应，使硫化锂在高比表面积的导电碳材料上充分沉积提升正极的活性物质利用率。
31、3、本发明制备的含催化剂正极应用在锂硫电池中，能实现锂硫电池正极大倍率下高的放电比容量和长循环稳定性，在0.5c的充放电倍率下，正极首圈放电比容量不低于1300mah/g，放电比容量衰减至初始的80％时循环圈数不低于300圈。
1.一种含催化剂的锂硫电池正极制备方法，其特征在于，步骤包括：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属化合物催化剂选自氮化钛、氮化钴、氮化镍、氮化钒、碳化钛或碳化铁中的一种或几种；
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电碳材料a选自乙炔黑、科琴黑、中间相碳微球或活性炭中的一种；
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，金属化合物催化剂的质量分数为65～85wt％，有机系粘结剂的质量分数为3～5wt％，余量为导电碳材料b。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，单质硫的质量分数为65～80wt％，水系粘结剂质量分数为5～10wt％，复合催化剂质量分数为1～10wt％，余量为导电碳材料a。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，第一浆料的固含量为10～20wt％，优选为15wt％；
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含催化剂的锂硫电池正极中的单质硫的面载量为6～10mg/cm2。
8.权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到的含催化剂的锂硫电池正极。
9.一种权利要求8所述的含催化剂的锂硫电池正极在锂硫电池中的应用。
10.一种锂硫电池，其包含：含催化剂的锂硫电池正极、负极、置于所述正极与所述负极之间的隔膜、以及锂硫电池电解液。
