[發(fā)明專利]一種多層介孔結(jié)構(gòu)鈷酸鋅微米球負(fù)載硫的復(fù)合材料及其制備方法、鋰硫電池正極及鋰硫電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010061405.1
• 申請(qǐng)日: 2020-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN111233049A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓闐俐;程孟瑩;戚明強(qiáng);梅本星;劉金云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G51/00
• 分類號(hào): C01G51/00;H01M4/13;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 蕪湖安匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34107
• 代理人: 尹婷婷

本發(fā)明公開了一種多層介孔結(jié)構(gòu)鈷酸鋅微米球負(fù)載硫的復(fù)合材料及制備方法、鋰硫電池正極及鋰硫電池；首先通過水熱法獲得球狀鈷酸鋅前驅(qū)體，再通過退火得到多層結(jié)構(gòu)球狀鈷酸鋅，然后酸洗得到多層介孔結(jié)構(gòu)鈷酸鋅微米球，最后通過熏硫的方式負(fù)載硫顆粒，最終獲得多層介孔結(jié)構(gòu)鈷酸鋅微米球負(fù)載硫的半球空心狀復(fù)合材料；該材料應(yīng)用于鋰硫電池正極材料，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和較高的比容量；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備的材料呈現(xiàn)多孔多層球狀結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)能夠負(fù)載更多硫顆粒，多孔結(jié)構(gòu)有利于電子傳輸，緩解充放電過程的體積膨脹，提高電池性能。并且，實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單，原料價(jià)廉易獲取。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無機(jī)納米顆粒的制備方法，具體涉及一種多層介孔結(jié)構(gòu)鈷酸鋅微米球負(fù)載硫的復(fù)合材料及其制備方法、鋰硫電池正極及鋰硫電池。

背景技術(shù)

由于不可再生能源的日益減消耗、儲(chǔ)存量日益減少，而且氣候環(huán)境日益惡劣、生態(tài)系統(tǒng)越來越脆弱，一系列的環(huán)境問題，使得太陽能和風(fēng)能等清潔和可再生能源的需求變得越來越迫切，我們需要研究新型無污染的可再生能源來改變這一現(xiàn)狀,來替代目前所使用的能源供應(yīng)體系。因此,新能源的開發(fā)利用是人類不斷探究的重要課題。

現(xiàn)階段，鋰離子電池在儲(chǔ)能方面表現(xiàn)非常出色，廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但傳統(tǒng)鋰離子電池的能量密度已經(jīng)接近理論極限。與傳統(tǒng)鋰離子電池相比,鋰硫電池具有更高的能量密度和比容量,與人類需求更為貼近。鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負(fù)極的一種鋰電池，其理論比能量高達(dá)(2600Wh Kg^-1)和較高的理論比容量(1675mAh g^-1)，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的鋰離子電池。硫因在大自然中來源廣泛，原材料成本低，在充放電過程中無毒無污染，生物相容性高的優(yōu)點(diǎn)，使得鋰硫電池成為了具有開發(fā)前景的新的研究熱點(diǎn)，且極具商業(yè)價(jià)值。

然而，鋰硫電池存在一些問題一直阻礙著其實(shí)際應(yīng)用，即單質(zhì)硫和放電產(chǎn)物(Li₂S)的電絕緣性質(zhì)，充放電過程中體積膨脹嚴(yán)重和中間產(chǎn)物多硫化物在電解質(zhì)中的溶解造成的穿梭效應(yīng)，這些問題致使電池中硫的利用率低、循環(huán)性能差、容量衰減快、倍率性能差。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多層介孔結(jié)構(gòu)鈷酸鋅微米球負(fù)載硫的復(fù)合材料。合理的孔道多層球狀結(jié)構(gòu)，有利于鋰離子傳輸，可負(fù)載更多的活性物質(zhì)。

本發(fā)明另一目的在于提供一種多層介孔結(jié)構(gòu)鈷酸鋅微米球負(fù)載硫的復(fù)合材料的制備方法，利用價(jià)格低廉的原料制備得到鈷酸鋅，再通過稀鹽酸進(jìn)行酸洗，得到鈷酸鋅納米材料，之后負(fù)載硫獲得鋰硫電池正極材料。制備工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高、成本低。

本發(fā)明還有個(gè)目的在于提供一種鋰硫電池正極，采用上述多層介孔結(jié)構(gòu)鈷酸鋅微米球負(fù)載硫的復(fù)合材料制成。

本發(fā)明最后一個(gè)目的在于提供一種鋰硫電池，其以上述鋰硫電池正極為正極。

本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：

一種多層介孔結(jié)構(gòu)鈷酸鋅微米球負(fù)載硫的復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將丙酮與二甲基甲酰胺混合得到混合溶液，再向其中加入鈷鹽、鋅鹽和間苯二甲酸，攪拌混合均勻后，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，所得產(chǎn)物經(jīng)離心、洗滌、干燥，得到球狀鈷酸鋅前驅(qū)體；

2)將步驟1)制備的球狀鈷酸鋅前驅(qū)體在空氣中退火，自然冷卻到室溫，得到多層結(jié)構(gòu)球狀鈷酸鋅材料；

3)將步驟2)制備的多層結(jié)構(gòu)球狀鈷酸鋅材料，分散在稀鹽酸溶液進(jìn)行攪拌，結(jié)束后經(jīng)離心、洗滌、干燥，得到多層介孔結(jié)構(gòu)鈷酸鋅微米球材料；

4)將步驟3)制備的鈷酸鋅材料與硫粉混合均勻，在氬氣氣氛下熏硫，得到多層介孔結(jié)構(gòu)鈷酸鋅微米球負(fù)載硫的復(fù)合材料。