[發(fā)明專利]一種花狀結(jié)構(gòu)的NiO-ZnO/S鋰硫電池正極材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010019398.9
• 申請(qǐng)日: 2020-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN111204822A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳修棟;張平;占昌朝;汪亞威;曹小華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 九江學(xué)院
• 主分類號(hào): C01G53/04
• 分類號(hào): C01G53/04;C01G9/02;C01B17/02;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 北京國(guó)坤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

本發(fā)明申請(qǐng)屬于電極制備技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種花狀結(jié)構(gòu)的NiO?ZnO/S鋰硫電池正極材料的制備方法，(1)稱取六水硝酸鋅、(Ni(NO₃)₂·6H₂O、尿素、氟化銨溶于水，攪拌溶解后轉(zhuǎn)移到的水熱反應(yīng)釜，(2)將步驟(1)中離心分離所得固體生成物置于真空干燥箱中干燥，將前驅(qū)體放入瓷舟中并進(jìn)行退火處理得到NiO?ZnO；(3)稱取步驟(2)中的NiO?ZnO和硫粉混合并用錫紙包裹加熱干燥,最終得到NiO?ZnO/S電極材料；(4)將步驟(3)中花狀結(jié)構(gòu)的NiO?ZnO/S電極材料、導(dǎo)電炭黑和PVDF膠黏劑混合均勻；(5)將步驟(4)中得到的黑色膠狀漿料置于真空烘箱中干燥得到鋰硫電池的電極。本方案主要用于制備鋰硫電池正極材料，解決了現(xiàn)有技術(shù)中鋰硫容易發(fā)生穿梭效應(yīng)導(dǎo)致電池容量衰減和庫(kù)倫效率降低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電極制備技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種花狀結(jié)構(gòu)的NiO-ZnO/S鋰硫電池正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

可充電電池，包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，在過去的幾十年里為人類使用便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車、自行車等提供能源保障。近年來(lái)，可穿戴、多功能移動(dòng)電子設(shè)備占據(jù)越來(lái)越大的市場(chǎng)，成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚慕M成部分。由于相關(guān)設(shè)備不斷復(fù)雜化、對(duì)發(fā)展可充電池又提出了新的挑戰(zhàn)，需要綜合成本，能量密度、功率密度、循環(huán)壽命，安全性、環(huán)保性等多項(xiàng)指標(biāo)。在鋰離子二次電池體系中，正極材料一直是制約電池發(fā)展的瓶頸，其價(jià)格、比容量和循環(huán)性能都需要進(jìn)一步優(yōu)化。傳統(tǒng)的過渡金屬氧化基正極材料如LiCoO₂和LiMn₂O₄等由于其理論容量的限制，僅靠組成和工藝的改進(jìn)難以取得突破性的進(jìn)展。

能量的有效轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的主要技術(shù)挑戰(zhàn)之一，高效儲(chǔ)能設(shè)備如鋰二次電池的研發(fā)近年來(lái)一直是科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。作為鋰二次電池的一種，鋰硫電池因具有較高的理論能量密度(2600Wh/kg)而備受關(guān)注。常用的硫正極材料理論比容量高(1675mAh/g)、價(jià)格低廉且環(huán)境友好,是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。

現(xiàn)有技術(shù)中，雖然硫正極材料有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在一些需要解決的問題，比如硫及其反應(yīng)產(chǎn)物的導(dǎo)電性低，這直接導(dǎo)致鋰硫電池容量、效率和倍率性能的下降。鋰硫電池在充放電過程中硫會(huì)發(fā)生體積膨脹/收縮使電極材料易粉化脫落，最終導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)破壞、電池容量衰退和循環(huán)壽命降低；放電過程中形成的多硫化鋰(Li₂Sn,3≤n≤8)易溶于有機(jī)電解質(zhì)溶液,且可穿過隔膜遷移至鋰負(fù)極，形成不溶的硫化鋰，這一過程稱為“穿梭效應(yīng)”。穿梭效應(yīng)將導(dǎo)致硫電極材料損耗，電池容量衰減和庫(kù)倫效率降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種花狀結(jié)構(gòu)的NiO-ZnO/S鋰硫電池正極材料的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中鋰硫容易發(fā)生穿梭效應(yīng)導(dǎo)致電池容量衰減和庫(kù)倫效率降低的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種花狀結(jié)構(gòu)的NiO-ZnO/S鋰硫電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)稱取1.487g的六水硝酸鋅、1.454g的Ni(NO₃)₂·6H₂O、1.501g的尿素、0.185g的氟化銨溶于40ml去離子水，攪拌溶解后轉(zhuǎn)移到的水熱反應(yīng)釜，放入烘箱加熱干燥，然后，用水洗滌反應(yīng)釜中的生成物，離心分離得到固體生成物；

(2)將步驟(1)中離心分離所得固體生成物置于真空干燥箱中干燥，干燥后得到前驅(qū)體材料；將前驅(qū)體放入瓷舟中，然后轉(zhuǎn)移到管式爐中在空氣氣氛下以2℃/min升溫速度至400℃保溫3h進(jìn)行退火處理得到NiO-ZnO；

(3)稱取步驟(2)中的NiO-ZnO和硫粉,NiO-ZnO和硫粉以1:1-5的質(zhì)量比混合得混合物，將混合物研磨均勻轉(zhuǎn)移到瓷舟中，并用錫紙包裹；將瓷舟轉(zhuǎn)移到管式爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱干燥,最終得到花狀結(jié)構(gòu)的NiO-ZnO/S電極材料；