[发明专利]一种双刻蚀制备锂硫电池正极材料S/CeO2

说明书

一种双刻蚀制备锂硫电池正极材料S/CeO₂/断崖式形貌MXene的方法，它涉及一种双刻蚀制备锂硫电池正极材料S/CeO₂/断崖式形貌MXene的方法。本发明要解决现有方法制备锂硫电池正极材料结构粉化崩塌有穿梭效应，寿命短。本发明的方法如下：一、酸刻蚀MXene；二、碱刻蚀MXene制备CeO₂/断崖式形貌MXene基体材料；三、CeO₂/断崖式形貌MXene基体材料热处理；四、制备锂硫电池正极材料S/CeO₂/断崖式形貌MXene；五、电池组装。本发明的方法制备的双刻蚀锂硫电池正极材料S/CeO₂/断崖式形貌MXene组装锂硫电池循环寿命长稳定性好可大规生产。本发明应用于锂硫电池领域。

技术领域

本发明涉及一种制备锂硫电池正极材料的方法。

背景技术

21世纪人类社会发展势不可挡，科技的进步预示着人们已经越来越离不开对能源需求，尽管目前市面上以磷酸铁锂为主的锂离子电池在生活中随处可见，但人们对于电池的可持续探索从未停止。其中，锂硫电池以其高理论比容量(1675mAh·g^-1)和高理论能量密度(2600 Wh·kg^-1)博得了人们的关注。然而离锂硫电池投入实际应用仍然需要一段时间，是因为锂硫电池中S的导电性差，易体积膨胀，穿梭效应严重等缺点而大大降低了锂硫电池的循环稳定性及循环寿命。为了克服上述问题，人们设计并提出了许多方案，包括制备导电性强，形貌多样的碳基材料，如多孔碳，碳纳米管等；掺杂金属氧化物以更好的吸附多硫化物提高锂硫电池的稳定性能，如Fe₂O₃、V₂O₅、TiO₂等；优化电解液配比；改善制备工艺等。目前，由强酸或强碱刻蚀得到的MXene具有2D层状结构，层间空隙能更好的为载硫提供活性位点，吸附多硫化物，抑制穿梭效应。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法制备锂硫电池正极材料结构易粉化崩塌而导致的穿梭效应严重，循环寿命低的问题，而提供了一种双刻蚀制备锂硫电池正极材料S/CeO₂/断崖式形貌MXene的方法。

本发明的一种双刻蚀制备锂硫电池正极材料S/CeO₂/断崖式形貌MXene的方法是按照以下步骤进行的：

一、酸刻蚀MXene

取MAX相0.1～0.3g Ti₃AlC₂和0.1～0.3g的LiF，加入10～30mL一定浓度的浓盐酸，在一定温度下水浴加热24～48h，将悬浊液冷却至室温后依次用稀盐酸、用去离子水离心洗涤若干次，洗去过量LiF，直至上清液pH＝6，置于烘箱中60～80℃干燥12～24h，刻蚀得到Ti₃C₂T_x (T_x为-F、-OH)，即MXene；

二、碱刻蚀MXene制备CeO₂/断崖式形貌MXene基体材料取步骤一得到的MXene 0.2～0.4g，同时加入0.1～0.2mmol Ce(NO₃)₃·6H₂O，溶于15～25mL 去离子水中，磁力搅拌30～60min，随后加入15～25mL一定浓度的NaOH溶液刻蚀并获得氢氧化铈，将混合液倒入水热反应釜中，置于烘箱中在一定温度下加热一定时间，冷却至室温后取出，先用去离子水离心洗涤2～3次，再用乙醇离心洗涤2～3次，置于烘箱中60～80℃干燥12～14h，得到CeO₂/断崖式形貌MXene基体材料；

三、CeO₂/断崖式形貌MXene基体材料热处理将步骤二得到的CeO₂/断崖式形貌MXene基体材料在一定温度下、N₂气保护的条件下，热处理2～4h；