[发明专利]一种锂硫电池正极载体材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂硫电池正极载体材料及其制备方法，属于电池材料技术领域。所述材料由多层多孔碳片和CoS₂纳米颗粒组成；所述多层多孔碳片由碳纳米片单元层层组装形成，所述碳纳米片单元中金属有机框架材料衍生的多孔碳致密的生长在还原氧化石墨烯的两面；所述CoS₂纳米颗粒镶嵌在所述多孔碳纳米片中，CoS₂纳米颗粒的粒径为5‑35nm。具有较大的比表面积以及丰富的多孔结构，可以物理吸附多硫化物，有效减缓多硫化物的体积膨胀，可以对促进离子和电子的快速传输；所述方法简单易行。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池正极载体材料及其制备方法，属于电池材料技术领域。

背景技术

化石燃料的逐渐枯竭及日益严峻的环境问题是目前迫切需要解决的问题。锂离子电池具有环境友好、能量密度高、循环稳定性较好等优点，自上世纪90年代商业化以来，在便携的移动电源、电动汽车及储能电站中都有着重要的应用。但是，随着当前移动产品的快速发展，现有的锂离子电池受到其理论容量的限制，难以满足当前社会的需求。因此，开发新型高能量密度的锂二次电池尤为重要。近年来，锂硫电池由于其高达1675mAh/g的理论比容量收到了研究者广泛的关注。而且，硫具有储量丰富、环境友好、成本低廉等优点。尽管锂硫电池具有这么多的优点，锂硫电池的商业化过程仍然受到一些因素的阻碍：第一，单质硫及其放电产物的电子导电性较低，导致锂硫电池在充放电过程中表现出较差的电化学活性和较低的活性物质利用率。第二，放电过程中产生的中间产物多硫化物极易溶解在有机电解液中，产生“穿梭效应”，导致电池循环性能比较差。第三，不同活性物质之间转化过程中缓慢的氧化还原动力学，导致电池较差的倍率性能。针对锂硫电池存在的问题，目前主流的解决方式是构筑硫-碳复合正极材料，提高正极材料的导电性，同时，通过碳材料丰富的孔道结构物理吸附多硫化物，抑制其穿梭。但是，目前公布和报道的单个碳颗粒之间较低的界面连接性和导电性并不能保证电解液的有效浸润以及电子和离子的快速传输。此外，由于碳材料的非极性特征，传统的碳材料难以和极性的多硫化物形成强的结合力，在长循环的过程中，单纯的多孔碳材料不能有效抑制多硫化物的溶出。近来，具有良好导电性和多硫化物吸附能力的金属硫化物受到了越来越多的关注，例如：CoS₂、TiS₂、NiS、FeS₂、ZnS和MoS₂等。同时，金属硫化物对多硫化锂的氧化还原反应具有一定的催化作用，能增强多硫化物的氧化还原动力学并提高反应效率，减缓其在有机电解液中的溶解。但是，大部分的金属硫化物在制备过程中会发生不同程度的团聚，生成尺寸较大且不规则的颗粒。大尺寸的金属硫化物颗粒大大降低了用于吸附和催化多硫化物的有效接触面积。因此，为了提高对多硫化物的吸附和催化效率，控制金属硫化物的颗粒尺寸非常重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种锂硫电池正极载体材料。所述正极载体材料具有较大的比表面积以及丰富的多孔结构，可以物理吸附多硫化物，有效减缓多硫化物的体积膨胀，以还原氧化石墨烯为基底的相互贯穿的多层碳片具有良好的界面连通性和导电性，可以对促进离子和电子的快速传输。

本发明的目的之二在于提供一种锂硫电池正极载体材料的制备方法，所述方法简单易行、绿色环保，可实现大批量生产制备。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种锂硫电池正极载体材料，所述材料由多层多孔碳片和CoS₂纳米颗粒组成；所述多层多孔碳片由碳纳米片单元层层组装形成，所述碳纳米片单元中金属有机框架材料衍生的多孔碳致密的生长在还原氧化石墨烯的两面；所述CoS₂纳米颗粒镶嵌在所述多孔碳纳米片中，CoS₂纳米颗粒的粒径为5-35nm。

本发明所述的一种锂硫电池正极载体材料的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)将氧化石墨烯的水溶液滴加到聚乙烯吡咯烷酮的甲醇溶液中，超声分散均匀，得到混合溶液1；