[發明專利]核殼型硫化銦微米球負載硫的復合材料制備方法及其鋰硫電池

有效

• 申請號: 202110204368.X
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN113078300B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 劉金云;胡超權;李琳;丁穎藝
• 申請（專利權）人: 中科南京綠色制造產業創新研究院;安徽師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M10/052;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務所(普通合伙) 32360
• 代理人: 張帆

本發明公開了一種核殼型結構硫化銦微米球負載硫的復合材料及制備方法、鋰硫電池正極及鋰硫電池。所述方法包括：通過水熱法獲得硫化銦，在球狀硫化銦表面先后包裹二氧化硅和碳，得到多層微米球狀結構，然后水熱堿洗刻蝕去除中間的二氧化硅層，最后通過熏硫的方式負載硫顆粒，最終獲得硫化銦微米球負載硫的核殼型結構復合材料。該材料應用于鋰硫電池正極材料，具有良好的循環穩定性和較高的比容量；與現有技術相比，本發明制備的材料呈現核殼型結構，獨特的核殼結構可負載更多硫顆粒，緩解充放電過程的體積膨脹，降低多硫化物的不可逆損失，提高電池性能。并且，實驗過程簡單，原料價廉易獲取，對實驗儀器要求低。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，涉及一種無機納米顆粒的制備方法，具體涉及一種核殼型結構硫化銦微米球負載硫的復合材料。

背景技術

由于不可再生能源的日益消耗和儲存量的不斷減少，使得清潔能源的需求變得越來越迫切，急需尋找更加合適的新型儲能工具來替代目前所使用的能源供應體系。因此，新能源的開發和利用是不斷探究的重要課題。

現階段，鋰離子電池在儲能方面表現非常出色，廣泛地應用于各個領域，但傳統鋰離子電池的能量密度已經接近理論極限。與傳統鋰離子電池相比，鋰硫電池具有更高的能量密度和比容量, 更加適應大型儲能設備的需求。鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池，其具有遠高于傳統鋰離子電池的高理論比能量 （2600 WhKg^-1）和高理論比容量（1675 mAh g^-1）。硫因自然豐度高，原材料成本低，在充放電過程中無毒無污染，生物相容性高的優點，使得鋰硫電池成為了具有開發前景的新研究熱點，且極具商業價值。

然而，鋰硫電池在實際應用中依舊存在著一些問題，即單質硫和放電產物（Li₂S）的電絕緣性質，充放電過程中硫體積膨脹嚴重和中間產物多硫化物在電解質中的溶解造成的穿梭效應，這些問題致使電池中硫的利用率低、容量衰減快、循環穩定性差。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種核殼型結構硫化銦微米球負載硫的復合材料。合理的核殼型結構，有效緩解材料體積膨脹，負載更多活性物質，增加硫利用率，加快電子離子傳輸獲得高容量和快速充電性能。

本發明另一目的在于提供一種核殼型結構硫化銦微米球負載硫的復合材料的制備方法，利用價格低廉的原料制備得到硫化銦，通過包覆二氧化硅和碳層再堿洗刻蝕去除二氧化硅后得到核殼型材料，之后負載硫獲得鋰硫電池正極材料。制備工藝簡單、產率高、成本低。

本發明還有個目的在于提供一種鋰硫電池正極，采用上述核殼型結構硫化銦微米球負載硫的復合材料制成。

本發明最后一個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。

提供一種核殼型結構硫化銦微米球負載硫的復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、制備大致為球狀的硫化銦顆粒；

步驟2、順次在所述硫化銦顆粒表面包覆若干二氧化硅層和碳層；

步驟3、去除所述二氧化硅層，并對產物進行熏硫處理，得到核殼結構的碳層包裹硫化銦微米球材料。

本發明具體技術方案如下：

進一步，提供一種核殼型結構硫化銦微米球負載硫的復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1）將四水合氯化銦，硫脲和十六烷基三甲基溴化銨混合溶解形成均勻溶液，進行溶劑熱反應，所得產物經離心、洗滌、干燥，得到球狀硫化銦；

2）在步驟1）制備的球狀硫化銦溶于乙醇和水混合溶液中，加入氨水攪拌混勻后，再加入硅酸四乙酯持續攪拌，靜置收集底部沉淀，所得產物經離心、洗滌、干燥，得到表面包裹二氧化硅的微米球材料；