[发明专利]一种Ni/Co-CNT/NHPC的锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明所属锂硫电池正极材料领域，提供了由Ni‑ZIF‑67@Mela衍生合成的高性能锂硫电池正极材料的制备方法。本发明通过Ni‑ZIF‑67@Mela退火后形成负载Ni、Co纳米颗粒的N掺杂空心多孔碳(Ni/Co‑CNT/NHPC)，且碳表面由于Ni，Co催化作用，生长了大量CNT。三聚氰胺(Melamine)提供了丰富的碳源和氮源，Ni/Co‑CNT/NHPC电极材料具有高的比表面积，表面生成的CNT提高了材料导电性。此外，氮掺杂和空心碳骨架结构通过化学吸附和物理吸附限制了多硫化物的溶解，抑制了“穿梭效应”，同时生成的Ni、Co双金属纳米颗粒催化了多硫化物的转化，得到的Ni/Co‑CNT/NHPC电极材料综合丰富的CNT，完整的空心骨架，Ni、Co、N掺杂为一体；同时具备了高比表面积，良好的导电性，较强的化学吸附和物理吸附及对多硫化物的催化作用，进一步提高了锂硫电池的性能。

技术领域

本发明所属锂硫电池正极材料领域，特别涉及Ni-ZIF-67@Mela退火后形成负载Ni、Co纳米颗粒的N掺杂空心多孔碳，且碳骨架表面由于Ni、Co纳米颗粒的催化作用，生长了大量CNT，得到了Ni/Co-CNT/NHPC的锂硫电池正极材料的制备方法。

背景技术

近年来，为了获得更高的能量密度，这就需要新的可商业化使用的储能设备来满足科技发展的要求。锂硫电池作为一种高效的能量存储体系，其能量密度是锂离子电池的数倍，除此之外，硫还具有成本低廉、资源丰富和绿色环保等优点。然而，尽管锂硫电池拥有较高的理论比容量，但其循环性能差，寿命短，制约了其在电子设备中的应用，其中最主要的原因是由于正极材料性能差所导致的。因此，研究开发性能优异的正极材料是十分必要的。

发明内容

本发明旨在提出Ni-ZIF-67@Mela复合材料退火后形成一种负载Ni、Co纳米颗粒的N掺杂空心多孔碳锂硫电池正极材料及其制备方法，可有效提高锂硫电池的循环性能，一定程度上解决了传统锂离子电池低比容量问题。

一种Ni/Co-CNT/NHPC的锂硫电池正极材料的制备方法，制备过程如图1所示。

制备步骤如下：

步骤一、配置前驱液：将PVP分散在甲醇溶液中，超声0.5h～3h，随后加入Co(NO₃)₂·6H₂O，室温磁力搅拌0.5h～2h得到溶液A；将二甲基咪唑分散在甲醇溶液中，室温磁力搅拌0.5h～2h得到溶液B。然后将溶液A快速倒入溶液B中，室温磁力搅拌10min～20min配置前驱液；

步骤二、制备ZIF-67：将上述配置的前驱液用封口膜封住在室温下静置反应12h～48h，随后在8000r/min～10000r/min下离心5min～15min，随后分别用乙醇，去离子水离心清洗得到ZIF-67产物，65℃～75℃真空干燥6h～24h；

步骤三、制备Ni-ZIF67：将ZIF-67粉末分散在乙醇中，搅拌10min～30min，加入Ni(NO₃)₂·6H₂O，继续搅拌10min～30min，随后在8000r/min～10000r/min下离心5min～15min，然后分别用乙醇，去离子水离心清洗得到Ni-ZIF-67产物，65℃～75℃真空干燥6h～24h；

步骤四、退火：将Ni-ZIF-67与三聚氰胺粉末机械混合，充分研磨，最终产物分别放置在管式炉中，在一定H₂/Ar气体流速下以一定速率升温，升温至150℃～300℃保温0.5h～1.5h，700～900℃保温1h～3h，然后冷却至室温；

步骤五、酸洗：将上述退火产物分别加入到H₂SO₄中磁力搅拌10min～30min，随后在8000r/min～10000r/min下离心5min～15min，并用去离子水离心清洗2～5次，65℃～75℃真空干燥6h～24h，得到Ni/Co-CNT/NHPC电极材料。