[發(fā)明專(zhuān)利]一種鋰硫電池正極骨架材料及其制備方法和一種鋰硫電池正極材料以及一種鋰硫電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910724669.8
• 申請(qǐng)日: 2019-08-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110323447B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王珺;陳世霞;韓欣欣;鄧曙光
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/62
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/62;H01M4/36;H01M4/38;H01M10/052
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 馬云華

本發(fā)明提供了一種鋰硫電池正極骨架材料及其制備方法和一種鋰硫電池正極材料以及一種鋰硫電池，屬于鋰硫電池領(lǐng)域。本發(fā)明提供的鋰硫電池正極骨架材料為摻雜Co、N的中空多孔碳材料，所述中空多孔碳材料為花狀結(jié)構(gòu)，花狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，所述花狀結(jié)構(gòu)的花瓣為碳納米片，所述花瓣上附著有Co、N活性位點(diǎn)，所述花瓣為多孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的鋰硫電池正極骨架材料能夠有效緩解活性物質(zhì)在充放電過(guò)程中的體積膨脹；通過(guò)Co?N的雙活性位點(diǎn)，有效吸附多硫化物，并加速多硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的Li₂S₂/Li₂S，從源頭上抑制多硫化物的穿梭效應(yīng)，從而提高正極材料的比容量，倍率性能及穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰硫電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰硫電池正極骨架材料及其制備方法和一種鋰硫電池正極材料以及一種鋰硫電池。

背景技術(shù)

鋰硫電池因其理論比容量和理論能量密度可高達(dá)1675mAh/g和2600Wh/kg且兼具環(huán)境友好和低成本等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是下一代最有應(yīng)用前景的高能量密度儲(chǔ)能器件之一。然而鋰硫電池的商業(yè)應(yīng)用仍面臨許多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，如硫循環(huán)過(guò)程中的體積效應(yīng)、多硫化物溶解導(dǎo)致的穿梭效應(yīng)和緩慢的多硫化物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等。在鋰硫電池高載硫量和長(zhǎng)循環(huán)的放電過(guò)程中，緩慢的多硫化物動(dòng)力學(xué)會(huì)使不溶性的Li₂S₂和Li₂S在電極表面明顯沉積，造成活性物質(zhì)硫的不斷損失，電池容量衰減嚴(yán)重，從而使電池慢慢失效。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種鋰硫電池正極骨架材料，本發(fā)明提供的鋰硫電池正極骨架材料具有中空多孔結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供的鋰硫電池正極骨架材料具有較大的內(nèi)部空間，有效解決了硫循環(huán)過(guò)程中的體積效應(yīng)問(wèn)題，且本發(fā)明提供的鋰硫電池正極骨架材料能夠提高多硫化物的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

本發(fā)明提供了一種鋰硫電池正極骨架材料，所述鋰硫電池正極骨架材料為摻雜Co、N的中空多孔碳材料，所述中空多孔碳材料為花狀結(jié)構(gòu)，花狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，所述花狀結(jié)構(gòu)的花瓣為碳納米片，所述花瓣上附著有Co、N活性位點(diǎn)，所述花瓣為多孔結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述鋰硫電池正極骨架材料中氮元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1～8％，鈷元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1～5％。

優(yōu)選的，所述鋰硫電池正極骨架材料的比表面積為100～800m²/g，孔體積為0.1～0.8cm³/g。

本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述鋰硫電池正極骨架材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將硝酸鋁、硝酸鈷、間氨基苯磺酸、堿和水混合，得到混合溶液；

(2)將步驟(1)得到的混合溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到層狀雙金屬氫氧化物；

(3)將步驟(2)得到的層狀雙金屬氫氧化物在保護(hù)氣氛中進(jìn)行煅燒處理，得到碳化材料；

(4)將步驟(3)得到的碳化材料在酸性溶液中進(jìn)行浸泡，得到鋰硫電池正極骨架材料。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中硝酸鋁、硝酸鈷和間氨基苯磺酸的摩爾比為1:2～5:5～10，所述混合溶液的pH值為9～11。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中水熱反應(yīng)的溫度為50～150℃，時(shí)間為2～18h。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中煅燒處理的溫度為400～1000℃，升溫至煅燒處理溫度的升溫速率為2～10℃/min，升溫至煅燒處理溫度后的保溫時(shí)間為0.5～5h。

優(yōu)選的，所述步驟(4)中酸性溶液為鹽酸溶液，所述鹽酸溶液的質(zhì)量濃度為18％，所述浸泡的時(shí)間為0.5～48h。

本發(fā)明還提供了一種鋰硫電池正極材料，所述鋰硫電池正極材料包括上述技術(shù)方案所述鋰硫電池正極骨架材料或者上述技術(shù)方案所述方法制備得到的鋰硫電池正極骨架材料。