[发明专利]镍合金材料及其在锂硫电池硫正极中的应用

说明书

本发明公开镍合金材料及其在锂硫电池硫正极中的应用，将商业镍铝合金以碱液进行加热搅拌处理，镍合金材料由重量百分比85.4～98.2％的镍和1.8～14.6％的铝组成，镍合金的粒径为50～100μm，镍合金预处理后孔径分布为20～80nm。镍合金作为硫载体材料，对单质硫有物理和化学吸附作用，显著提升硫正极电化学性能。硫/镍合金复合材料充放电循环200次后放电比容量依旧保持在650mAh·g^‑1以上，相比传统硫/碳复合材料充放电循环200次后放电比容量427mAh·g^‑1的电化学性能有明显提升。

技术领域

本发明涉及锂硫电池正极材料技术领域，更加具体的说，特别是涉及锂硫电池的硫正极载体。

背景技术

对于电池系统，锂电池的比能量比传统铅酸蓄电池高三倍以上，循环寿命在1.5倍以上，具有便携、低成本的优势，此外还具有无记忆效应、倍率性能好以及环境友好的特点，因此发展前景很好。目前锂离子电池已经成为了二次电源的主导产品，其正极比容量达到250mAh/g。但是随着技术的不断发展，锂离子电池电池的能量密度就不能满足大容量储能技术的需求，因此就需要研究具有更高能量密度、成本更低的电池材料。其中研究的热点之一是锂硫电池。锂硫电池具有较高理论比容量(1675mAh·g^-1)，与锂封装成锂硫电池后理论比能量为2600Wh·Kg^-1，是其他商业锂离子电池的3-5倍。此外，硫储量丰富，硫电极本身以及反应过程都不会产生有害物质，因此受到人们的广泛关注。由于硫的绝缘性(25℃下电导率：5×10^-30S cm^-1)，通常会将单质硫负载在多孔导电碳材料上。但是碳材料与单质硫的结合只是物理吸附，在循环过程中会由于多硫化物的穿梭效应造成活性物质的损失。因此就需要提出新的载体材料来抑制活性物质的损失。而镍合金多孔载体能够满足锂硫电池的需求，一方面可以利用镍金属的导电性，另一方面也可以利用多孔镍对中间产物的物理和化学吸附作用，有效提升活性物质的利用率，改善锂硫电池的电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供镍合金材料及其在锂硫电池硫正极中的应用，旨在提高锂硫电池硫正极的循环寿命和倍率性能。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

镍合金材料，由重量百分比85.4～98.2％的镍和1.8～14.6％的铝组成，粒径为50～100μm，平均孔径为20～80nm，比表面积为120—160m²g^-1。

优选由重量百分比88～95％的镍和5～12％的铝组成，粒径为60～80μm，平均孔径为40～60nm，比表面积为125—155m²g^-1。

上述镍合金材料由商业镍铝合金使用碱液加热搅拌处理得到。

具体来说，采用20wt％的NaOH水溶液加热搅拌处理，处理工艺如下：温度为50～80℃，时间为20—24h，搅拌速度为200—300转/min。

上述镍合金材料作为载体进行负载元素硫(即元素硫负载到镍合金的表面和平均孔径中)，并作为锂硫电池硫正极进行使用。

本发明的有益效果是，镍合金作为硫载体材料，对单质硫有物理和化学吸附作用，显著提升硫正极电化学性能。硫/镍合金复合材料充放电循环200次后放电比容量依旧保持在650mAh·g^-1以上，相比传统硫/碳复合材料(充放电循环200次后放电比容量427mAh·g^-1)的电化学性能有明显提升。

附图说明

图1是本发明的镍合金材料(即使用碱液处理的多孔镍合金)的扫描电镜图片。

图2是本发明的镍合金材料(即使用碱液处理的多孔镍合金)的X射线衍射图。