[发明专利]一种锂硫电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂硫电池正极材料及其制备方法和应用，属于锂硫电池电极材料的制备领域；其中锂硫电池正极材料包括VN@Cosubgt;3/subgt;ZnC@NCNTs复合材料和硫，VN@Cosubgt;3/subgt;ZnC@NCNTs复合材料包括VN、Cosubgt;3/subgt;ZnC和氮掺杂碳纳米管；采用本发明的锂硫电池正极材料制备的锂硫电池，其电池的电化学性能均得到明显提高，且该锂硫电池正极材料的制备简单，电池组装工艺简便，可以降低成本。

技术领域

本发明属于锂硫电池用电极材料的制备领域，具体涉及一种锂硫电池正极材料VN@Co₃ZnC@NCNTs@S及其制备方法和应用。

背景技术

21世纪，人们在不断追求高性能的电化学储能装置。除了商业化的锂离子电池，锂硫电池凭借其高的理论比容量（1675mAh/g）和压倒性的能量密度(2600 Wh/kg)，已成为下一代储能系统最有前景的电池之一。锂硫电池的电化学反应是基于硫(S₈)、多硫化锂（Li₂S_x、x=4-8）和硫化锂（Li₂S₂和Li₂S）之间的可逆转换。然而，锂硫电池的商业化过程还面临很多阻碍：（1）硫和硫化锂电导率较低，氧化还原反应动力学缓慢；（2）可溶性多硫化锂（LiPSs）溶解和扩散导致的穿梭效应；（3）锂化时硫发生巨大的体积膨胀（高达80%）。因此，锂硫电池存在硫的利用率低，循环稳定性差，倍率性能低等问题。

而设计合理、优质的正极材料可有效解决上述锂硫电池的缺点。与非极性材料相比，极性材料包括金属、金属氧化物、硫化物、氮化物、磷化物、碳化物等，由于其对多硫化锂的强化学吸附作用而受到了关注。其中，过渡金属氮化物因其独特的电子结构、高的导电率、优越的催化活性和良好的化学稳定性引起了人们的关注。到目前为止，有多种过渡金属氮化物(如Co₄N、Fe₂N、MoN、VN、TiN等)，已被证明可作为硫的宿主材料。然而，由于它们的比表面积低，与多硫化锂的相互作用较弱，还不是理想的硫的宿主材料。为了进一步提高过渡金属氮化物的性能，人们将过渡金属氮化物与强LiPSs吸附材料相结合。

而且硫的宿主材料是易于大批量制备的粉末材料，电极制备过程中需要使用绝缘聚合物粘合剂，并使用导电添加剂。

发明内容

针对上述提出的问题，本发明的目的在于提供一种锂硫电池正极材料VN@Co₃ZnC@NCNTs@S及其制备方法和应用，所述锂硫电池正极材料包括VN@Co₃ZnC@NCNTs复合材料和硫，所述的VN@Co₃ZnC@NCNTs包括VN、Co₃ZnC和氮掺杂碳纳米管，所述的VN为纳米片，宽50nm，长1-2 μm，氮掺杂碳纳米管直径为20 nm。通过将该正极材料应用于锂硫电池中，锂硫电池的电极制备工艺简单，同时具有优良的倍率性能和循环稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂硫电池正极材料VN@Co₃ZnC@NCNTs/S的制备方法，包括如下步骤：

（1）将偏钒酸铵加入到去离子水中，搅拌溶解，然后将二氯化钴加入到上述溶液中，室温下搅拌溶解，随后加入六亚甲基四胺，将溶液置于水浴锅上进行水浴反应，将反应后的溶液离心，并用无水乙醇和去离子水冲洗多次后置于烘箱干燥，得到Co₂V₂O₇；