[發明專利]一種鋰硫電池正極材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201910874207.4
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110611095B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 王新;孫正豪
• 申請（專利權）人: 肇慶市華師大光電產業研究院
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司 12222
• 代理人: 劉瑞芳

1.一種鋰硫電池正極材料的制備方法，所述正極材料為一種具有球狀三維多層結構的Ti₃C₂/ZIF-67/S正極材料，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，液相刻蝕法制備Ti₃C₂分散液

將MAX相Ti₃C₂Al粉末緩慢加入去離子水中，超聲分散均勻，隨后在磁力攪拌作用下，緩慢滴加HF溶液，持續磁力攪拌12h-48h后，等待反應體系靜置分層，并對其沉淀產物使用去離子水和無水乙醇反復高速離心清洗，至剩余液體為中性時停止，得到Ti₃C₂分散液；

第二步，制備ZIF-67粉末材料

將六水合硝酸鈷溶于甲醇中制得溶液A，然后將2-甲基咪唑溶解在甲醇中制得溶液B，將A、B兩種溶液等體積混合并在室溫下攪拌4h-12h，通過離心收集所得的紫色沉淀物，隨后用甲醇離心清洗5次，用無水乙醇離心清洗2次，最后在60℃下真空干燥24小時，得到ZIF-67粉末材料；

第三步，制備Ti₃C₂/ZIF-67復合材料

將上述第二步中制備的ZIF-67粉末，緩慢倒入磁力攪拌中的Ti₃C₂分散液中，持續攪拌1h，并超聲分散1h-3h，得到分散均勻的Ti₃C₂/ZIF-67溶液；將Ti₃C₂/ZIF-67溶液進行噴霧干燥，得到Ti₃C₂/ZIF-67復合材料；

第四步，制備Ti₃C₂/ZIF-67/S復合正極材料

將上述第三步制得的Ti₃C₂/ZIF-67復合材料和納米硫粉放入瑪瑙研缽，研磨20-40分鐘至混合均勻，其中，Ti₃C₂/ZIF-67復合材料和納米硫粉的質量比例為1：3，將瑪瑙研缽移至通風櫥內，逐滴滴加CS₂，同時使用研磨反復研磨均勻；將研磨完成后的物料在氬氣氛圍下放入聚四氟乙烯反應釜內膽中進行反應，反應結束后冷卻到室溫，即得到Ti₃C₂/ZIF-67/S復合正極材料。

2.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于，所述第一步中MAX相Ti₃C₂Al粉末與去離子水的質量體積比為1g：100-300mL。

3.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于，所述第一步中HF溶液濃度為10wt％-wt50％，所述的HF溶液體積用量為去離子水體積的50％。

4.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于，所述溶液A中六水合硝酸鈷的濃度為11.6g/L，所述溶液B中2-甲基咪唑的濃度為13.12g/L。

5.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于，所述第三步中Ti₃C₂溶質與ZIF-67粉末用量比例為1:1-10。

6.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于，所述第三步中，噴霧干燥霧化溫度為150℃-250℃，壓力為600-1000Pa。

7.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于，所述第四步中CS₂用量由納米硫粉質量決定：1g納米硫粉使用5mL CS₂。

8.根據權利要求1所述制備方法，其特征在于，所述第四步中聚四氟乙烯反應釜內反應溫度為150℃-160℃，反應時間為8-14h。

9.根據權利要求1-8任一項所述制備方法制備得到的Ti₃C₂/ZIF-67/S正極材料在鋰硫電池中的應用，其特征在于，將制得的Ti₃C₂/ZIF-67/S正極材料、科琴黑和粘結劑聚偏氟乙烯PVDF按照質量比8:1:1混合，瑪瑙研缽中研磨1-3小時，滴加N-甲基吡咯烷酮，使得物料完全溶解為止，再繼續研磨20-50分鐘，得到黑色漿體，使用自動漿料涂覆機，將其涂覆在涂碳鋁箔上，涂覆厚度為10-100μm，55℃-65℃下真空干燥8-14h，得到Ti₃C₂/ZIF-67/S正極片；對烘干后的Ti₃C₂/ZIF-67/S正極片進行剪裁；以所得Ti₃C₂/ZIF-67/S正極片作為正極、金屬鋰片為負極，使用LiTFSI濃度為1M的混合溶液作為電解液，混合溶液的溶劑是由DOL和DME混合而成，DOL與DME的體積比為1:1；在Ar氣氛下進行電池組裝，得到扣式鋰硫電池。