[發(fā)明專利]核殼結(jié)構(gòu)硫正極材料、制備方法以及在鋰硫電池中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011311563.4
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112421044B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧赟;趙晨穎;蘇岳鋒;陳來;史宏娟;李宇斯;張宇清;吳鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)重慶創(chuàng)新中心;北京理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/13;H01M4/139;H01M10/052;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 胡東東

1.一種YCF納米籠宿主材料，其特征在于，所述YCF納米籠宿主材料由碳外殼和Fe₃O₄內(nèi)核組成，YCF納米籠宿主材料由鐵基水凝膠干燥退火后得到的碳包覆的Fe₃O₄納米球，然后經(jīng)酸部分刻蝕后得到，所述碳外殼具有三維骨架結(jié)構(gòu)；YCF納米籠宿主材料的制備方法包括以下步驟：

S2.1、將水溶性鐵鹽與均三苯甲酸溶于極性有機(jī)溶劑中，反應(yīng)制得鐵基水凝膠，常溫陳化20-48h；

S2.2、用極性有機(jī)溶劑和水洗滌水凝膠，洗滌后于-10-（-40）℃下冷凍2-3天，然后再轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中，于-40℃以下將其冷凍干燥；

S2.3、將干燥后的材料于700-900℃下退火得到碳包覆的Fe₃O₄納米粉末；

S2.4、采用超聲將碳包覆的Fe₃O₄納米粉末分散，然后加入酸攪拌刻蝕出含梯度Fe₃O₄質(zhì)量的YCF納米籠，然后用極性有機(jī)溶劑和水洗滌后干燥即得。

2.如權(quán)利要求1所述的YCF納米籠宿主材料，其特征在于，所述水溶性鐵鹽為Fe(NO₃)₃?9H₂O，所述均三苯甲酸與Fe(NO₃)₃?9H₂O的質(zhì)量比為1:1-3。

3.如權(quán)利要求2所述的YCF納米籠宿主材料，其特征在于，刻蝕用的酸為鹽酸，所述鹽酸的濃度為20%-36%。

4.一種核殼結(jié)構(gòu)硫正極材料，其特征在于，包括以上述權(quán)利要求1-3之一所述的YCF納米籠宿主材料作為宿主材料，在該宿主材料中，部分碳外殼包裹著活性物質(zhì)的硫和最終放電產(chǎn)物，并且以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，所述核殼結(jié)構(gòu)硫正極材料由以下組分組成：YCF納米籠宿主材料為20%-40%，單質(zhì)硫為60%-80%。

5.一種用于制備權(quán)利要求4的核殼結(jié)構(gòu)硫正極材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：將YCF納米籠宿主材料與硫單質(zhì)按1:1.5-2.5質(zhì)量比例共混，在惰性氣體保護(hù)下升溫至150-160℃，然后保溫8-12h，再升溫至240-300℃，保溫0.5-1h后即得。

6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述核殼結(jié)構(gòu)硫正極材料的Fe₃O₄含量占YCF納米籠宿主材料的26%-31%。

7.一種核殼結(jié)構(gòu)納米籠硫正極，其特征在于，所述核殼結(jié)構(gòu)納米籠硫正極由權(quán)利要求4所述的核殼結(jié)構(gòu)硫正極材料制備得到。

8.一種用于制備權(quán)利要求7的核殼結(jié)構(gòu)納米籠硫正極的方法，其特征在于，包括以下步驟：將核殼結(jié)構(gòu)硫正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按照質(zhì)量比為（6-8）：（1-3）：1的比例溶于甲基吡咯烷酮混合后均勻后，涂敷在鋁箔集流體，于40-60℃上干燥即得。

9.一種核殼結(jié)構(gòu)納米籠硫正極的應(yīng)用，其特征在于，包括上述權(quán)利要求7所述的核殼結(jié)構(gòu)納米籠硫正極，所述核殼結(jié)構(gòu)納米籠硫正極作為鋰硫電池的正極使用。