[發(fā)明專利]一種鋰-硫電池正極材料及其制備方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010072229.1 | 申請日： | 2020-01-21 |
| 公開（公告）號： | CN111211312A | 公開（公告）日： | 2020-05-29 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 魏慧潔;任鳳章;柳勇;熊毅;陶楓;李孝森;馬俊卿;柳競 | 申請（專利權(quán)）人： | 河南科技大學(xué) |
| 主分類號： | H01M4/36 | 分類號： | H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052 |
| 代理公司： | 洛陽公信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120 | 代理人： | 李現(xiàn)艷 |
| 地址： | 471000 河*** | 國省代碼： | 河南;41 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 電池 正極 材料 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明提供一種鋰?硫電池正極材料，該正極材料包括中空正極載體材料：鈷?鐵雙氫氧化物及填充于載體材料內(nèi)的硫顆粒，包括以下步驟：通過溶劑熱法制備前驅(qū)體Fe?MOFs材料，然后將制得的Fe?MOFs材料烘干；將Fe?MOFs材料分散在無水乙醇溶液中，將鈷源、尿素溶解在去離子水中，兩種溶液混合，水浴加熱一定時間，即得Co?Fe LDH材料；將納米硫與制得的Co?Fe LDH材料進行復(fù)合得到Co?Fe LDH@S復(fù)合正極材料；本發(fā)明的中空結(jié)構(gòu)鋰?硫電池正極載體Co?Fe LDH材料的制備方法，制得的Co?Fe LDH@S復(fù)合正極材料可直接應(yīng)用于儲能材料領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰-硫電池正極材料及其制備方法。
背景技術(shù)
鋰-硫電池作為有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的新一代鋰離子電池體系，具有極高的理論能量密度（2600 Wh kg-1）以及優(yōu)異的理論比容量（1675 mAh g-1）。硫作為鋰-硫電池的正極部分，其在地球上儲量豐富，無污染，且對環(huán)境友好。因此鋰-硫電池吸引了大量研究者的關(guān)注。然而，仍有一些問題限制了鋰-硫電池的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進程。如1）活性物質(zhì)硫以及放電產(chǎn)物L(fēng)i2S和Li2S2的的電子/離子導(dǎo)電率很差，造成活性物質(zhì)的利用率低的問題；2）充放電反應(yīng)進行過程中的中間產(chǎn)物（Li2Sx, 3≤x≤8）極易溶解于電解液中，從而發(fā)生“穿梭效應(yīng)”，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失嚴(yán)重，進一步降低活性物質(zhì)的利用率，且造成快速的容量衰減，庫倫效率降低；3）單質(zhì)硫在充放電過程中會發(fā)生劇烈的體積變化（達(dá)到80%），會導(dǎo)致電池結(jié)構(gòu)的崩塌，影響電池壽命。
為了解決上述問題，研究人員通過對正極材料做出改性，比如引入極性材料限制多硫化物穿梭，減少活性材料的損失；提高電極材料的電導(dǎo)率，增大活性材料的利用率等。本發(fā)明認(rèn)為：為活性材料構(gòu)建一個中空納米結(jié)構(gòu)的載體，這種載體可提供較大的空間載硫且具有較高的催化活性，可以有效提高鋰-硫電池的電化學(xué)性能。金屬有機框架（MOFs）是一種有機配體和過渡金屬離子通過自組裝而形成的配位聚合物，目前已被廣泛應(yīng)用作吸附材料、催化材料、磁性材料、光學(xué)材料和儲能材料。金屬有機框架衍生物也隨之被廣泛研究。層狀雙氫氧化物（LDH）作為MOFs衍生物的一種，具有豐富的親水基團，可有效吸附多硫化物，限制多硫化物的穿梭；同時Co-Fe LDH內(nèi)含有豐富的Co、Fe離子，具有較強的電催化性，增強了多硫化物的反應(yīng)動力學(xué)；中空結(jié)構(gòu)的Co-Fe LDH 可以容納硫單質(zhì)，緩解充放電過程中的體積變化。因此，制備高性能的Co-Fe LDH/硫復(fù)合正極材料對鋰-硫電池領(lǐng)域的發(fā)展很有意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種鋰-硫電池正極材料及其制備方法，制得的正極載體能有效承載硫單質(zhì)和限制多硫化物穿梭以及促進多硫化物催化轉(zhuǎn)化，制備出的Co-Fe LDH@S復(fù)合正極材料可直接應(yīng)用于儲能材料領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種鋰-硫電池正極材料，該正極材料包括中空正極載體材料：鈷-鐵雙氫氧化物及填充于載體材料內(nèi)的硫顆粒。
一種鋰-硫電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一、將鐵源、反丁烯二酸及N,N-二甲基甲酰胺溶液攪拌混合，得混合溶液；將混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓釜中，升溫至80~100℃，反應(yīng)2~5h，冷卻至室溫，離心分離，收集沉淀物，得Fe-MOFs材料；
步驟二、將步驟一得到的Fe-MOFs用DMF溶液進行充分洗滌，并在溫度為75~85℃的條件下干燥12~24 h，備用；
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