[发明专利]一种Co-HCS/S复合锂硫电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种Co‑HCS/S复合锂硫电池正极材料及其制备方法，正极材料为空心碳纳米球（HCS）掺杂钴后负载硫。其制备方法包括（1）制备掺杂钴的前驱体；（2）前驱体在惰性气体下煅烧得到SiO₂@Co‑HCS；（3）氢氧化钠除去SiO₂得到Co‑HCS；（4）惰性气体下与硫粉混合煅烧获得Co‑HCS/S复合锂硫电池正极材料。空心碳纳米球掺杂Co，一方面空心碳纳米球提供导电网络，增强硫正极的导电性，另一方面Co可以作为催化剂，有效增强锂硫电池正极的导电性，加快电子传输，并加快氧化还原反应，使其具有优异的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种Co-HCS/S复合锂硫电池正极材料及其制备方法，属于锂硫电池电极材料的制备领域。

背景技术

能源危机被认为是当前现代社会面临的最重要的问题之一，而且有的能源消耗完了以后，不可能在短期内从自然界得到补充。同时由于技术的局限性，大多数能源的需求还只能从一次能源中获取(如:煤炭，天然气等)。大量化石能源的燃烧也带来了资源匮乏和环境污染等问题。促使科学家们将目标投向了可持续发展且对环境有好的新能源方面。其中,电池行业作为新能源领域的重要组成部分，已成为全球经济发展的一个新热点。

锂硫电池是最有前途的可充电电池之一，已被视为替代当前商用锂离子电池的下一代储能系统。由于其具有1675 mAh g^-1的高理论比容量和2600 Wh kg^-1的高能量密度，且成本低，环境友好等优点，引起了人们的关注。然而，锂硫电池在实际应用的道路上仍然面临着严峻的挑战：（1）由于硫固有的绝缘性质，使其反应动力学缓慢，并且最终放电产物覆盖在活性物质表面上降低了硫的利用率。（2）循环过程中由于硫和Li₂S的密度差而引起的体积变化大(高达80%)，导致电极开裂以及活性物质消耗。（3）高溶解性多硫化锂扩散引起的穿梭效应，导致容量快速衰减和严重的自放电。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种Co-HCS/S复合锂硫电池正极材料及其制备方法，有效的增强了复合正极材料Co-HCS/S的导电性，加快电子传输，并加快氧化还原反应，使其具有优异的循环稳定性；同时，该制备方法简单易操作，制备过程易控制。

本发明的技术方案为：

一种Co-HCS/S复合锂硫电池正极材料，所述正极材料中空心碳纳米球掺杂Co并用硫（S）负载，S负载在复合材料表面上。Co作为催化剂，不仅可以促进多硫化物的氧化还原反应，而且还能够提供高效的多硫化物的化学吸附。

上述Co-HCS/S复合锂硫电池正极材料的制备方法，具体包括下列步骤：

（1）将正硅酸四丙酯、乙醇、H₂O 和NH₃·H₂O混合，搅拌均匀；再加入间苯二酚、甲醛、钴盐置于上述溶液中，搅拌均匀；离心，洗涤，干燥得到前驱体；

（2）将步骤（1）所得的前驱体置于管式炉中，惰性气体下煅烧，得到SiO₂@Co-HCS；

（3）将步骤（2）得到的SiO₂@Co-HCS放入氢氧化钠溶液混合静置处理，离心，洗涤，干燥得到Co-HCS；

（4）将步骤（3）得到的Co-HCS与硫磺混合并研磨均匀，在惰性气氛下退火，制得Co-HCS/S复合锂硫电池正极材料，其中硫均匀负载在Co-HCS上。

本发明制备的Co-HCS/S复合锂硫电池正极材料兼具吸附作用、催化作用和高导电特性。