[發明專利]一種鈉硫電池正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110388793.9
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113130882B
• 公開（公告）日: 2023-02-10
• 發明（設計）人: 張永光;馬恒;韋小玲
• 申請（專利權）人: 肇慶市華師大光電產業研究院
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司 12222
• 代理人: 郭平平

本發明屬于鈉硫電池的技術領域，具體的涉及一種鈉硫電池正極材料的制備方法。所述鈉硫電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：(1)預處理CNTs；(2)制備CNTs@NiFe?LDH/C；(3)制備S@CNTs@NiFe?LDH/C復合材料。該方法通過原位生長構建了一種由碳納米管骨架上接枝的超細非晶態鎳鐵層狀雙氫氧化物和納米碳的分級納米結構，所得復合材料有效地解決了多硫化物鈉的穿梭問題。

技術領域

本發明屬于鈉硫電池的技術領域，具體的涉及一種鈉硫電池正極材料的制備方法。

背景技術

隨著全球電力行業規模的不斷增長以及可再生能源(如風能和太陽能)技術的迅猛發展，通過大規模儲能以實現可再生能源并網、提高電能使用效率和質量的需求越來越緊迫。鈉硫電池作為一種快速發展的儲能電池，在削峰填谷、新能源并網、智能電網建設等領域具有廣泛的應用。鈉硫電池其理論比能量高達760Wh/kg，具有高能量密度、長循環壽命(高達4500次)、無自放電現象、100％的庫侖效率以及維護簡單等優點。然而鈉硫電池仍然面臨著諸多問題如硫導電性差、放電過程中體積膨脹以及中間態多硫化鈉溶解穿梭等，嚴重地阻礙了電池性能的發揮和實際應用。研究表明，鈉硫電池中多硫化鈉的穿梭問題是導致鈉硫電池循環性能差的根本原因，因此亟需有效地解決多硫化鈉的穿梭問題。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在的缺陷而提供一種鈉硫電池正極材料的制備方法，該方法通過原位生長構建了一種由碳納米管骨架上接枝的超細非晶態鎳鐵層狀雙氫氧化物和納米碳的分級納米結構，所得復合材料有效地解決了多硫化物鈉的穿梭問題。

本發明的技術方案為：一種鈉硫電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)預處理CNTs：將碳納米管加入至HNO₃溶液中在120℃下回流5小時，然后洗滌、干燥，備用；

(2)制備CNTs@NiFe-LDH/C：首先將Ni(NO₃)₂﹒6H₂O和Fe(NO₃)₃﹒9H₂O溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，再加入CNTs，制得A液；然后將2-巰基-5-硝基苯并咪唑溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，制得B液；最后在攪拌條件下將A液滴加至B液中得到混合溶液，將混合溶液轉移至高壓釜中，在160℃下加熱12小時；反應結束后待自然冷卻至室溫，將產物洗滌得到CNTs@NiFe-LDH/C；其中LDH呈花朵狀，由納米片狀組裝而成；NiFe-LDH/C納米片均勻生長在CNTs上；制備所得的CNTs@NiFe-LDH/C為碳納米管骨架上接枝超細非晶態鎳鐵層狀雙氫氧化物和納米碳的分級納米結構；

(3)制備S@CNTs@NiFe-LDH/C復合材料：首先將硫和步驟(2)所得CNTs@NiFe-LDH/C進行均勻混合得到混合物；然后將混合物密封并置于管式爐中在155℃下加熱12小時，得到S@CNTs@NiFe-LDH/C復合材料。

所述步驟(1)中碳納米管為3g；HNO₃溶液質量分數為65％，用量為90mL。

所述步驟(1)中洗滌采用去離子水，干燥溫度為60℃。

所述步驟(2)中按照摩爾比Ni(NO₃)₂﹒6H₂O：Fe(NO₃)₃﹒9H₂O為1～3:1；CNTs為10mg；A液中N，N-二甲基甲酰胺用量為5mL；2-巰基-5-硝基苯并咪唑為0.5mmol；B液中N，N-二甲基甲酰胺用量為25mL。

所述步驟(3)中按照質量比硫：CNTs@NiFe-LDH/C為3:1。