[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

本发明提供了一种锂硫电池正极材料，包括碳布、共价有机框架和活性物质，所述共价有机框架为F‑COF，所述碳布上生长有F‑COF，所述活性物质吸附在所述碳布上。通过本发明得到的一种在碳布原位生成氟化共价有机框架(F‑COF)，并将其作为锂硫电池正极材料的基底，提供了一种解决现有锂硫电池存在的导电性差、导电率在室温下较低、正极体积效应大的方法，更主要目的是通过空间和静电阻碍有效抑制多硫化物溶解，有效降低穿梭效应。

技术领域

本发明属于锂硫电池电极材料的合成与制备技术领域，具体涉及一种S/F-COF/CC正极材料的制备方法。

背景技术

锂硫电池是正极和负极活性物质分别采用单质硫和金属锂的一类新型可逆锂电池，锂硫电池被认为是下一代最具有潜力的二次充电电池之一，因为锂硫电池在电化学反应过程中，具有较小反应物摩尔质量的每个硫原子能够进行两个电子的转移，按照硫正极计算，锂硫电池具有高的理论比容量(1675mAhg-1)和高的能量密度(2600WhKg-1)，远远高于现在大部分进行单电子转化的以过渡金属氧化物为正极锂离子电池，同时相比于其他过渡金属，活性物质硫具有简单易得，价格低廉和环境友好的优势，因此在下一代储能装置中具有很大的发展前景。

锂硫电池面临的主要问题包括：正极电子导电性差，导电率在室温下较低；正极体积效应大，电极会存在很大的体积收缩/膨胀；其中最突出的还是电池的穿梭效应，充放电过程中形成的多硫化物极易溶于电解液或成为短链固态Li₂S₂、Li₂S沉积在负极，导致正极活性物质持续损失。上述存在的问题导致锂硫电池的实际比容量低，循环稳定性差，影响其实际的应用。因此本发明通过在碳布上原位生长F-COF材料，F-COF为含F原子的微孔结构，短链多硫化锂在经过这种多孔结构时，F-COF通过芳香亲核取代反应将短链多硫化物共价连接到聚合物骨架上，通过空间和静电阻碍有效抑制多硫化物溶解，有效降低穿梭效应。

发明内容

本发明提供了一种在碳布原位生成氟化共价有机框架(F-COF)，并将其作为锂硫电池正极材料的基底，提供了一种解决现有锂硫电池存在的导电性差、导电率在室温下较低、正极体积效应大的方法，更主要目的是通过空间和静电阻碍有效抑制多硫化物溶解，有效降低穿梭效应。

本发明提供了一种锂硫电池正极材料，包括碳布、共价有机框架和活性物质，所述共价有机框架为F-COF，所述碳布上生长有F-COF，所述活性物质吸附在所述碳布上。优选的，本发明提供的是一种以原位生长F-COF的碳布为基底的锂硫电池正极材料，首先在碳布上原位合成F-COF，然后再将活性物质溶于CS₂滴在碳布上，最后通过水热反应将活性物质吸附在所述碳布上，获得一种以原位生长F-COF碳布为基底的锂硫电池正极材料。

优选的是，所述F-COF由三醛基间三苯酚和2,2'-双(三氟甲基)二氨基联苯通过溶剂热法合成。

上述任一项优选的是，三醛基间三苯酚和2,2'-双(三氟甲基)二氨基联苯按摩尔质量比2：3，可以使两种反应物充分反应。

上述任一项优选的是，所述活性物质为单质硫粉，通过溶于CS2然后滴加在碳布上。

上述任一项优选的是，所述碳布为W0S1009碳能碳布。

上述任一项优选的是，所述材料总质量为100％，所述氟化共价有机框架材料的质量分数为15-30％，所述硫粉质量分数为7.5-20％，其余为碳布。

本发明还提供了一种锂硫电池正极材料的制备方法，用于制备上述任一项所述的锂硫电池正极材料，包括以下步骤：

步骤1：用浓硫酸和浓硝酸浸泡碳布，然后除去碳布上表面杂质，再将碳布干燥；