[發明專利]一種自支撐、高硫載量鋰硫電池正極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710668474.7
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號: CN107482198A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 俞書宏;姚宏斌;馬濤;蘇廷玉;張天文;周飛
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052;B82Y30/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 李新紅

1.一種自支撐、高硫載量的鋰硫電池正極材料，其包括

碳包硫納米片、作為導電劑的碳納米管以及作為粘結劑的細菌纖維素，并且所述碳包硫納米片、作為導電劑的碳納米管以及作為粘結劑的細菌纖維素的質量比在(8-9)∶(0.5-1)∶(0.5-1)范圍內。

2.根據權利要求2所述的自支撐、高硫載量的鋰硫電池正極材料，其中正極材料是一種將所述二維碳包硫納米片與一維線狀導電添加劑碳納米管和作為粘結劑的細菌纖維素相結合，形成了“片”和“線”相互穿插、搭接與糾纏的自支撐、高硫載量鋰硫電池正極材料膜。

3.根據權利要求1所述的自支撐、高硫載量的鋰硫電池正極材料，其中所述硫載量為4-20mg/cm²。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的自支撐、高硫載量的鋰硫電池正極材料，其中碳包硫納米片通過包括如下步驟的方法制備：

步驟A1：硫化鋅(二乙烯三胺)_0.5雜化納米片在惰性環境下，在300-500℃煅燒2-3h，便得到了相應純硫化鋅納米片；

步驟A2：采用化學氣相沉積法對獲得的純硫化鋅納米片進行原位碳包覆處理，便得到了碳包覆硫化鋅納米片；

步驟A3：將步驟A2獲得的碳包覆硫化鋅納米片加入離心管內，加水超聲震蕩至分散均勻，然后將其轉移到容器內，置于冰浴環境下并攪拌，進一步三價鐵鹽或雙氧水水溶液，維持冰浴反應2-4天，其中三價鐵鹽溶液濃度為0.1-1mol/L，三價鐵鹽溶液與所述碳包覆硫化鋅納米片的比例為每ml三價鐵鹽溶液溶解1-3mg的碳包覆硫化鋅納米片；雙氧水水溶液質量分數為5-15％，雙氧水水溶液濃度與所述碳包覆硫化鋅納米片的比例為每ml雙氧水水溶液濃度溶解0.5-2mg的碳包覆硫化鋅納米片，以及

步驟A4：將所得分散液離心洗滌并在-50到-80℃溫度下冷凍-干燥便得到了碳包硫納米片粉末。

5.根據權利要求4所述的自支撐、高硫載量的鋰硫電池正極材料，其中所述硫化鋅(二乙烯三胺)_0.5雜化納米片通過如下方法制備獲得：

步驟S1：將硝酸鋅鹽和干燥的二乙烯三胺裝入容器中；

步驟S2：強力攪拌和超聲溶解交替進行直至所述硝酸鋅鹽溶解；

步驟S3：向混合物中加入等摩爾量硫脲并攪拌，超聲至溶解；

步驟S4：將所得分散液轉移到容器中并在該容器中連上空氣冷凝管；

步驟S5：在180-220℃溫度加熱反應3-5h后停止反應，然后冷卻至室溫；

步驟S6：過濾并用去離子水清洗；以及

步驟S7：在-50到-80℃溫度下冷凍干燥便可獲得所述的硫化鋅(二乙烯三胺)_0.5超薄雜化納米帶，

其中，在步驟S1中所使用的硝酸鋅鹽是六水合硝酸鋅且含量1-3mmol，步驟S1中的二乙烯三胺含量60-100ml，并且在步驟S3中硫脲添加的摩爾量與六水合硝酸鋅分別為1-3mmol。

6.一種制備自支撐、高硫載量鋰硫電池正極材料的方法，所述方法包括采用硫化鋅(二乙烯三胺)_0.5雜化納米片為前驅體進行制備。