[发明专利]纳米多孔金属及纳米多孔金属锂硫电池正极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料领域，具体地，涉及一种纳米多孔金属制备方法、及纳米多孔金属锂硫电池正极材料的制备方法。

背景技术

面对新能源技术的飞速发展，特别是随着各种规模的储能电站、电动汽车、智能通讯等的迅猛发展，开发具有更高能量密度和功率密度的二次电池体系的任务十分迫切。锂离子电池由于具有能量密度高、自放电小、工作温度范围大、无记忆效应和无污染等优点，是目前综合性能最好的二次电池和最理想的动力电源之一。但是目前商品化的锂离子电池受到其正极材料如LiCoO₂、LiMnO₂和LiFePO₄等相对较低的理论比容量的限制，其最高的比容量只能达到100～300Wh·Kg^-1，难以满足高能量密度和高功率密度的要求。

单质硫的比容量高达1675mAh·g^-1,以单质硫为正极活性物质，金属锂为负极组成的锂硫电池的理论能量密度高达2600Wh·Kg^-1，是传统的锂离子电池能量密度的3～5倍，因而成为当前研究的热点。但循环性能差，循环过程中容量衰减迅速是目前硫正极材料在锂电池中应用遇到的最大问题，原因在于单质硫以及反应过程中生成的多硫化物的电子离子绝缘以及多硫化物会溶解于有机溶剂中。因此，提高硫正极材料的导电率、降低或抑制多硫化物的溶解是解决问题的关键。目前通常是将单质硫负载到各类具有多孔结构的碳材料(多孔碳、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等)、导电高分子聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚丙烯腈等)材料中，形成复合材料，以增强单质硫的导电性能和减少多硫化物在电解液中的溶解。而纳米多孔金属材料除了具有上述材料的高比表面积、高孔隙率等优点外，还具有金属材料所具有的更高的导电率，同时纳米级的金属骨架对单质硫及硫化物具有更强的吸附作用。因此，纳米多孔金属/单质硫复合材料是一种高性能的锂硫电池正极材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米多孔金属、锂硫电池正极材料的制备方法，该制备方法以可溶性的SiO₂气凝胶为模板，利用温和的化学镀法制备出具有较高比表面积(50～100cm²·g^-1)的纳米多孔金属，这种纳米多孔金属具有三维网络结构的孔隙，该孔隙包括微孔、介孔和大孔，而本发明所述的正极材料正是将单质硫负载到制备出的纳米多孔金属的孔隙中，能够有效的提高锂硫电池活性物质利用率、功率密度和循环稳定性能。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种纳米多孔金属材料的制备方法，包括以下几个步骤：

(1)制备模块：将正硅酸乙酯、去离子水和无水乙醇按体积比3:2:1混合，搅拌均匀后先加入适量的0.1mol/L的氯化亚锡溶液，搅拌均匀后再加入等体积的0.1mol/L的氯化钯溶液，搅拌均匀后于60-80℃恒温水浴中静置一段时间，得到均匀敏化-活化的二氧化硅水凝胶模板；

(2)预浸泡：配制目标金属化学镀液后将步骤(1)制备好的二氧化硅水凝胶模板于室温下放置于目标金属化学镀液中预浸泡1-3天；

(3)化学镀制备过程：将步骤(2)预浸泡后的模板置于循环流动装置中，于40-60℃条件下实施化学镀，施镀时间为15-20天，得到金属/二氧化硅水凝胶复合物；

(4)将步骤(3)得到的金属/二氧化硅水凝胶复合物用去离子水清洗后进行溶剂交换并进行超临界干燥后得到金属/二氧化硅气凝胶复合材料；

(5)去模块：将金属/二氧化硅气凝胶复合材料去除二氧化硅模块后得到具有三维网络状结构的纳米多孔金属材料。

进一步地，所述目标金属为铜，对应的化学镀液为

进一步地，所述目标金属为镍，对应的化学镀液为

进一步地，所述目标金属为银，对应的化学镀液为

进一步地，所述目标金属为铁，对应的化学镀液为

一种纳米多孔金属、锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)将权利要求1和5中任一项所述的纳米多孔金属与单质硫按照重量比1：0.2～0.8混合均匀；

(b)将步骤a中混合均匀的单质硫/纳米多孔金属置于管式炉中，在惰性气体Ar气保护下，以1℃·min^-1的升温速率升温至155℃，在155℃保温2～5h，得到单质硫/纳米多孔金属复合材料；