[发明专利]一种纳米片层状结构锂硫电池复合正极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种纳米片层状结构锂硫电池复合正极材料的制备方法，将氯化镍、对苯二甲酸分别加入N，N‑二甲基甲酰胺溶液中，然后用磁力搅拌器搅拌联合超声发生器分散，之后加入三乙胺，在室温下搅拌形成悬浊液后，采用超声分散并离心分离和干燥后热处理获得黑色粉末，黑色粉末与硫粉混合后在氩气气氛下焙烧，自然冷却到室温并研磨后得到纳米片层状结构锂硫电池复合正极材料；本发明制备得到的层状的复合粉末具有粒度小、均匀、比表面积大、硫的包覆性好、导电性好等优点；热处理过程中的升温速度慢保温时间较短，保证颗粒均匀细小，硫元素能充分进入分子间隙。

技术领域

本发明涉及一种纳米片层状结构锂硫电池复合正极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

能源是当今社会发展的命脉，化石燃料日益枯竭以及严重的环境污染问题使得新能源的存储与应用成为目前重要的研究热点。作为重要的储能系统，锂离子电池在新能源技术领域备受关注。目前，电动汽车等新能源技术的发展对锂离子电池提出了更高的要求，其中能量密度及功率密度是特别需要关注的方面。锂离子电池的能量密度主要由电极材料的能量密度决定。

锂硫电池作为锂电池的一种，但是锂硫电池和锂离子电池的电化学反应机理不同。锂离子电池中锂离子嵌入层状电极材料(例如石墨阳极和锂金属氧化物阴极)中，往往只能嵌入到某些特定位点，能量密度通常为420Wh/kg。而锂硫电池不仅拥有高的理论比容量(1675mAh/g)和能量密度(2600Wh/kg)，并且硫元素便宜易得，这些优点使得锂硫电池成为有吸引力的下一代低成本能量存储技术之一。

锂硫电池主要由正极、电解质、隔膜和负极等组成。其正极材料硫元素是由八个硫原子组成的冠状结构，具有非常稳定的热力学性能。硫元素高的充放电性能与S₈ 分子中硫-硫键的断裂和重组有关。但目前锂硫电池存在着自身容量衰减快、硫正极电导率低、多硫化物“穿梭效应”、锂离子沉积以及在充放电过程中由于体积变化造成结构改变等问题，使锂硫电池难以投入大规模的商业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米片层状结构锂硫电池复合正极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将氯化镍加入N，N-二甲基甲酰胺中，磁力搅拌机搅拌联合超声分散30分钟混匀得到混合液A；将对苯二甲酸加入混合溶剂中，磁力搅拌机搅拌联合超声分散30分钟混匀得到混合液B；

（2）将步骤（1）中的混合液A和混合液B在超声下快速混合在一起得到混合液C，混合均匀后加入三乙胺并搅拌5~8min，待溶液变成悬浊液后超声处理8~10h，然后离心分离，并用乙醇清洗3遍，在60~80℃下干燥10~15 h得到白色粉末；

（3）将步骤（2）干燥后的白色粉末在氩气气氛下以5℃/min的加热速率加热至600~800℃，保温2~5h，获得黑色粉末，黑色粉末即为金属有机框架；

（4）将步骤（3）的黑色粉末与硫粉进行机械研磨混合，在氩气气氛下以1~3℃/min的升温速率加热至155~300℃，保温为8~12h，随炉冷却到室温，研磨后得到纳米片层状结构锂硫电池复合正极材料。

步骤（1）氯化镍按照质量体积比g:mL为1:150~200的比例加入N，N-二甲基甲酰胺中。

步骤（1）混合液A中还加入氯化钴，混合液A中氯化钴和氯化镍的摩尔比为0.1~1:2。

步骤（1）对苯二甲酸按照质量体积比g:mL为1:100~150的比例加入混合溶剂中。

步骤（1）混合溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、乙醇和水按照体积比为5:1:1~3:1:1混合得到。

步骤（1）磁力搅拌机搅拌联合超声分散的磁力搅拌转速500~1000转/分钟，超声功率100W~300W。

步骤（2）混合液A和混合液B按照氯化镍和对苯二甲酸的摩尔比为1:2进行混合。