[发明专利]一种CoNiP-rGO/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CoNiP‑rGO/S复合锂硫电池正极材料及其制备方法，正极材料中CoNiP量子点均匀附着于rGO的片层上，S负载在CoNiP‑rGO上。其制备方法包括（1）制备钴镍附着于石墨烯片层上的前驱体并退火；（2）再次退火得到CoNiP‑rGO；（3）获得CoNiP‑rGO/S复合锂硫电池正极材料。CoNiP量子点作为催化剂，不仅可以促进多硫化物的氧化还原反应，而且提供高效的多硫化物吸附，rGO作为三维高导电网络，一方面可实现快速高效的锂离子和电子的传输，提高硫利用率，另一方面加快氧化还原反应。总之，本材料是可以应用于锂硫电池正极的兼具吸附作用、催化作用和高导电特性的新型主体材料。

技术领域

本发明涉及一种 CoNiP-rGO/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

化石燃料和石油的枯竭以及电动汽车的复兴，促使科学家开发可持续的电能存储系统。转换和存储电能正成为未来社会日益关注的主要问题之一。于是，社会对可持续能源供应的需求不断增长，需要高性能和低成本的电化学储能设备。在过去的三十年中，锂离子电池因其能量存储大，自放电低和循环性能稳定而得到普及，极大地推动了能量存储技术的发展。因此，目前对新型电池系统的探索，显示出更高的能量密度要求和更长的循环寿命要求。

在各种可充电电池设备中，锂硫电池具有自然丰度高、比能量密度高和理论容量高的压倒性优势，可是硫的电导率低和可溶性多硫化锂的穿梭效应等问题会导致电池的倍率性能差和容量衰减快，极大地限制了其的实际应用。

为了解决上述问题，众多学者已应用了元素掺杂和结构设计等多种策略来改善锂硫电池的诸多问题。通常，导电的碳材料用于增强硫阴极的电导率，而金属极性材料用于改善对多硫化锂的化学亲和力，改善穿梭效应。

在此基础上，可以对硫载体材料进行结构和功能设计。例如利用三维高导电网络来改善电导率低的问题，掺杂金属化合物来促进氧化还原反应中多硫化物转化。由此，锂硫电池的电化学性能得以提升。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种 CoNiP-rGO/S复合锂硫电池正极材料，该正极材料还原氧化石墨烯（rGO）为三维碳材料导电网络，钴镍双金属磷化物（CoNiP）为量子点，rGO的片层上掺杂CoNiP，硫（S）负载在复合材料上。在此结构的基础上，高导电的rGO既可实现快速高效的锂离子和电子的传输，又对多硫化物有吸附能力，此外均匀分散在rGO表面的CoNiP量子点可以用作氧化还原过程中的催化剂，从而提高了锂硫电池的电化学性能。

本发明还提供了上述 CoNiP-rGO/S复合锂硫电池正极材料的制备方法，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 CoNiP-rGO/S复合锂硫电池正极材料，所述正极材料中rGO为三维碳材料导电网络，CoNiP量子点附着在rGO片层上，S负载在CoNiP-rGO上。其中高导电的rGO既可实现快速高效的锂离子和电子的传输，又对多硫化物有物理吸附的能力；均匀分散在rGO表面的CoNiP量子点可以加快氧化还原过程，从而提高了锂硫电池的电化学性能。

上述 CoNiP-rGO/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GO、钴盐、镍盐、尿素与乙二醇混合、搅拌均匀之后置于高压反应釜中进行反应，再依次经过离心、真空干燥、煅烧，得到掺杂钴镍的石墨烯前驱体；

（2）将步骤（1）所得的前驱体与次磷酸钠置于管式炉中，惰性气体下煅烧，得到CoNiP-rGO；

（3）将步骤（2）得到的CoNiP-rGO与硫磺混合并研磨均匀，在惰性气氛下退火，制得CoNiP-rGO/S复合锂硫电池正极材料，硫均匀负载在CoNiP-rGO上。