[發明專利]一種硫摻雜Co3

有效

• 申請號: 202010435095.5
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111564629B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 李星;賀玲燕
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 陳宙

本發明公開了一種硫摻雜Co₃S₄鋰離子電池正極材料的制備方法，在本發明中將一定濃度的2?甲基咪唑甲醇溶液，與二價鈷離子甲醇溶液反應，得到鈷配合物；將鈷配合物與Na₂S水熱反應，制備Co₃S₄；然后將Co₃S₄與升華硫進行熔融滲硫反應，得到一種硫摻雜Co₃S₄鋰離子電池正極材料，該材料具有良好的電化學性能，作為鋰離子電池正極材料具有潛在的應用前景。在材料整個制備過程中，操作簡單，原料成本低，設備投資少，適合批量生產。

技術領域

本發明屬于材料化學領域，具體涉及到一種鋰離子電池正極材料的制備方法。

背景技術

鋰硫電池因高的理論比容量和能量密度受到了研究者們廣泛的關注，而且硫在地球中儲量豐富、價格低廉、對環境污染小，因此被認為是極有發展前景的新一代儲能體系。雖然鋰硫電池的研究已經有幾十年的歷史，并且在近年間取得了顯著的研究進展，但由于單質硫和金屬鋰組成的電化學體系本身存在的一些特殊反應性質，以及多硫化物與電解液的匹配問題，導致鋰硫電池距離真正實用化還有不小距離。目前，鋰硫電池的開發應用仍面臨諸多技術問題(N.Jayaprakash等人，Angew Chem Int Edit,50(2011) 5904-5908；K.T.Lee等人，Advanced Energy Materials,2(2012)1490-1496.)。一是硫自身導電性極差，25℃時其電導率僅為5×10^-30S/cm，屬于典型的電子和離子絕緣體；放電產物硫化鋰也是絕緣體，而且硫化鋰不能全部可逆地轉化為硫，很容易失去電化學活性。二是單質硫在充放電過程中生成的中間產物多硫化物易溶解于電解液中，從而造成了部分電極活性物質的損失，同時，多硫化物的大量溶解還會引起電解液粘度增大，使鋰離子在電解液中的遷移阻力增大，電解液的離子導電性變差，影響了硫電極的電極動力學過程。三是溶于電解液的長鏈多硫化物在濃度梯度作用下能夠透過隔膜擴散到負極，在負極表面與金屬鋰發生自放電反應，被還原生成短鏈多硫化物，短鏈多硫化物又會擴散回到正極重新被氧化生成長鏈多硫化物，這種多硫化物在正負極之間來回穿梭自放電的現象是鋰硫電池特有的現象，即所謂的“穿梭效應”；穿梭效應會影響電池正常充電的完成，降低電池的庫倫效率；此外，長鏈的多硫化物在負極表面反應會引起負極表面腐蝕現象，影響鋰電極的電化學性能。四是單質硫的密度(2.07g/cm³)和放電產物硫化鋰的密度(1.66g/cm³)相差較大，充放電過程中材料的體積會發生明顯變化，而反應中負極會因為鋰被消耗而體積縮減。正負極材料體積反復發生變化會一定程度上破壞電極的物理結構，產生微裂紋，最終可能出現粉末化現象而導致電極失效。

為了解決鋰硫電池目前存在的諸多問題和挑戰，研究者們提出了諸多解決辦法，如：研發載硫材料、改良電解液、鋰負極保護等，其中，研究最為廣泛的便是載硫材料。研究者們對正極方面進行了深入研究。正極材料一直是電池性能研究中最為關鍵的部分。對于含硫正極材料，研究主要集中在制備硫基復合材料。復合材料中引入的基質材料要滿足二個基本要求：一是基質材料本身要具有優秀的導電性；二是通過一定的復合制備方法可以使硫單質在基質材料上均勻分散，以提高活性物質的利用率；三是引入的基質材料要對硫及多硫化物起到容納和限域作用，可以抑制穿梭效應。