[發(fā)明專利]一種新型高效的鋰硫電池正極材料及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010100841.5 | 申請日： | 2020-02-19 |
| 公開（公告）號： | CN111293291B | 公開（公告）日： | 2022-04-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 王新;李超杰 | 申請（專利權(quán)）人： | 肇慶市華師大光電產(chǎn)業(yè)研究院 |
| 主分類號： | H01M4/36 | 分類號： | H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/052 |
| 代理公司： | 天津市尚文知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12222 | 代理人： | 郭平平 |
| 地址： | 520000 廣東省肇慶*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 新型 高效 電池 正極 材料 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明屬于鋰硫電池的技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種新型高效的鋰硫電池正極材料及其制備方法。該正極材料為CNT?ZnCo?LDH復(fù)合材料。該正極材料具有高導(dǎo)電性，對多硫化物在具有物理吸附和化學(xué)吸附的同時(shí)，還具有電催化作用，促進(jìn)多硫化物的轉(zhuǎn)化，有效地抑制了穿梭效應(yīng)，多效合一。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鋰硫電池的技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種新型高效的鋰硫電池正極材料及其制備方法。
背景技術(shù)
隨著社會的快速發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)水平的迅猛增長，人們對能源的需求也隨之穩(wěn)步增長。鋰離子電池是目前應(yīng)用最廣泛的電池類型，具有能量密度高、自放電率低和使用壽命長等的優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用前景廣闊。雖然目前鋰離子電池的比容量已接近其理論比容量300mAh﹒g-1，但仍然無法滿足人類生產(chǎn)和生活日益增長的能源需求，尤其是隨著便攜式電子設(shè)備、移動電源和新能源汽車的普及，鋰離子電池相對較低的能量密度越發(fā)不能滿足大型能源存儲設(shè)備的需求。因此尋求一種能量密度更高、質(zhì)量更輕、體積更小和循環(huán)壽命更長的儲能材料成為近期研究的熱點(diǎn)之一。近年來，以單質(zhì)硫作為電池正極、金屬鋰作為電池負(fù)極材料的鋰硫電池備受國內(nèi)外研究人員的關(guān)注，單質(zhì)硫作為鋰硫電池正極時(shí)具有1675mAh﹒g-1的高理論比容量，顯示了其作為儲能材料的巨大潛力。
雖然鋰硫電池有諸多優(yōu)勢，但仍存在一些缺點(diǎn)：首先，單質(zhì)硫及其放電產(chǎn)物L(fēng)i2S2和Li2S的導(dǎo)電性差；其次，由于反應(yīng)過程中物質(zhì)的密度發(fā)生變化，導(dǎo)致體積膨脹效應(yīng)；再次，由于多硫化鋰的溶解造成穿梭效應(yīng)。現(xiàn)今鋰硫電池存在的上述問題嚴(yán)重限制了其比容量、循環(huán)壽命和循環(huán)穩(wěn)定性等性能的提升。為了解決這些相互關(guān)聯(lián)的問題，開發(fā)新型鋰硫電池正極材料、提高電極材料中活性物質(zhì)的利用率則至關(guān)重要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中所制得的鋰硫電池正極材料活性物質(zhì)利用率低、正極材料導(dǎo)電性差及有穿梭效應(yīng)的缺陷而提供一種新型高效的鋰硫電池正極材料及其制備方法，該正極材料具有高導(dǎo)電性，對多硫化物在具有物理吸附和化學(xué)吸附的同時(shí)，還具有電催化作用，促進(jìn)多硫化物的轉(zhuǎn)化，有效地抑制了穿梭效應(yīng)，多效合一。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種新型高效的鋰硫電池正極材料為CNT-ZnCo-LDH復(fù)合材料。
所述CNT-ZnCo-LDH復(fù)合材料由均勻附著在多壁碳納米管CNT上的層片狀鋅鈷雙氫氧化物ZnCo-LDH構(gòu)成。
所述新型高效鋰硫電池正極材料的制備方法，首先制備附著于多壁碳納米管上的氧化鋅納米顆粒CNT-ZnO；然后通過水熱法將氧化鋅納米顆粒轉(zhuǎn)換成金屬咪唑型分子篩骨架ZIF8,從而獲得附著于多壁碳納米管上的金屬咪唑型分子篩骨架CNT-ZIF8；最后通過水熱法置換獲得附著于多壁碳納米管上的鋅鈷雙氫氧化物CNT-ZnCo-LDH。
所述新型高效鋰硫電池正極材料的制備方法，具體包括以下步驟：
(1)CNT-ZnO的制備：首先將乙酸鋅溶于無水甲醇中，在40～60℃下攪拌至完全溶解得到乙酸鋅溶液，將乙酸鋅溶液加入至圓底燒瓶中進(jìn)行油浴，在65～75℃下保溫；然后將CNT加入至無水甲醇中，超聲至完全溶解，將溶解的CNT溶液加入至上述圓底燒瓶中，在65～75℃下攪拌20～30min；最后將氫氧化鉀加入至無水甲醇中，在65～75℃條件下攪拌加熱，將加熱后的氫氧化鉀溶液逐滴滴加至上述圓底燒瓶中，在65～75℃條件下攪拌1～3h后，離心、洗滌、干燥，得到CNT-ZnO；
(2)CNT-ZIF8的制備：首先將步驟(1)所得的CNT-ZnO溶解于無水甲醇中，記為A液；將二甲基唑溶解于無水甲醇中，記為B液；然后將B液加入至溫度為50～60℃的圓底燒瓶中預(yù)熱，再將A液加入至該圓底燒瓶中，在50～60℃下反應(yīng)0.5～1h后，離心、洗滌、干燥，得到CNT-ZIF8；
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