[发明专利]一种用于锂硫电池的通用电极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种用于锂硫电池的通用电极材料及其制备方法。该通用电极材料为NiCo₂S₄/NCNT复合材料。该通用电极材料创新性地通过所述制备方法将独立的柔性掺氮碳纳米管与嵌入的NiCo₂S₄结构集成NiCo₂S₄/NCNT，作为S阴极和Li阳极的高级宿主，组装全电池从而提高电化学性能。一方面抑制硫正极的穿梭效应；另一方面解决了硫正极体积膨胀导致的正极结构破坏。

技术领域

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种用于锂硫电池的通用电极材料及其制备方法。

背景技术

能源是当今国家和企业的主要话题之一，为了应对化石能源急剧减少的能源危机以及环境污染的挑战，当前的紧要任务是开发环保且具有较高性能的能量储存和转换系统。虽然锂离子电池的开发已经十分成熟，其比能量已经十分接近其相对应材料的理论比能量(300mAh﹒g^-1)，但仍满足不了人们对环保型和高比能量新型电池日益增长的需求，寻找下一代能量密度高、环保以及成本低的锂二次电池正极材料成为亟待解决的问题。

锂硫电池由于硫源丰富，环保，成本低且具有远高于锂离子电池的较高理论比容量(1672mAh﹒g^-1)成为锂离子电池替代的主要候选电池之一，受到广泛关注。然而锂硫电池寿命短以及倍率性能差严重阻碍了其商业化发展。主要原因如下：第一，单质硫的电子导电性和离子导电性差；第二，锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中,增加电解液的黏度，降低离子导电性；第三，锂硫电池的最终放电产物Li₂S_n(n＝1～2)电子绝缘且不溶于电解液，沉积在导电骨架的表面。部分硫化锂脱离导电骨架，无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者是高阶的多硫化物，造成了容量的极大衰减；第四，硫和硫化锂的密度分别为2.07和1.66g﹒cm^-3，在充放电过程中有高达79％的体积膨胀/收缩，这种膨胀会引发正极形貌和结构的改变，导致硫与导电骨架脱离，从而造成容量的衰减。因此如何提高锂硫电池的循环寿命，提高正极活性物质利用率以及改善体积膨胀效应成为锂硫电池的研究热点和关键难点。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种用于锂硫电池的通用电极材料及其制备方法，该通用电极材料创新性地通过所述制备方法将独立的柔性掺氮碳纳米管与嵌入的NiCo₂S₄结构集成NiCo₂S₄/NCNT，作为S阴极和Li阳极的高级宿主，组装全电池从而提高电化学性能。一方面抑制硫正极的穿梭效应；另一方面解决了硫正极体积膨胀导致的正极结构破坏。

本发明的技术方案为：一种用于锂硫电池的通用电极材料为NiCo₂S₄/NCNT复合材料。

所述用于锂硫电池通用电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备氧化碳纳米管：采用改进的Hummers法制备轻度氧化的碳纳米管；

(2)制备NiCo₂S₄/NCNT复合材料：首先称取步骤(1)制得的氧化碳纳米管置于无水乙醇溶剂中超声分散得到氧化碳纳米管的悬浮液，将Co(Ac)₂·4H₂O和Ni(Ac)₂·4H₂O溶解于所得悬浮液中进行水浴搅拌；然后加入NH₃·H₂O搅拌后，再加入硫脲连续搅拌后将所得混合物转移至高压釜中，在170℃条件下进行反应3小时；反应结束后冷却至室温，离心收集所得产物，洗涤、干燥即得NiCo₂S₄/NCNT复合材料。