[发明专利]一种氧掺杂磷化钴/碳纳米管复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种氧掺杂磷化钴/碳纳米管（O‑CoP/CNT）复合材料的制备方法及应用。所述的催化剂为O‑CoP/CNT纳米材料,其步骤为：在氯化钴水溶液中加入MWCNTs，将其混合均匀。将少量氨水（25‑28%）逐滴缓慢的滴入上述溶液中，在油浴中反应7‑15小时后，冷冻干燥得到Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;/CNT前驱体；以NaHsubgt;2/subgt;POsubgt;2/subgt;作为磷源，将磷源与前驱体置于管式炉中，在保护气气氛下经低温磷化法将Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;/CNT转化为CoP/CNT；继续将产物置于空气气氛中，在100‑400°C煅烧30分钟，得到O‑CoP/CNT催化剂。本发明材料通过表面掺杂，在材料表面产生微量偏磷酸钴，增强了对多硫化物的吸附作用，降低多硫化物在电解液中的浓度，抑制多硫化物穿梭效应，使电池的极化降低、提高锂离子的扩散速率，从而显著提升锂硫电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂硫电池技术，具体是一种氧掺杂磷化钴/碳纳米管复合材料的制备方法及应用。

背景技术

随着新能源汽车的发展，其续航里程和电池成本受到广泛关注。现在主流的新能源汽车的续航里程在600km左右，电池成本为6-8万。锂硫电池可以使新能源汽车续航里程达到1000km以上，并且电池成本为主流锂电池成本的10%。与目前的锂离子电池相比，锂硫电池的性能更好，对环境的影响更小。由于硫储量丰富，价格低廉，环境友好以及理论比比容量（1675 mAh·g^-1）、能量密度高（2500 Wh·kg^-1或2800 Wh·L^-1），锂硫电池成为研究者关注的焦点。但锂硫电池存在“穿梭效应”严重、锂枝晶等问题，导致锂硫电池无法商业化生产。目前，解决“穿梭效应”问题的主要方法是在锂硫电池中添加催化剂。

金属磷化物（CoP、Ni₂P、FeP、MoP 和 Sn₄P₃等）具有突出的金属特性。当金属磷化物作为硫主体时，它们将大大提高电极的导电性。此外，这些金属磷化物具有很强的极性，因此 LiPS 可以很好地吸附，以减少穿梭效应的影响。最终，它们出色的催化效果可以有效地催化大部分化学反应。已有研究进展表明，金属磷化物可以促进LiPS 的转化，提高电化学反应速率。

正是由于这些明显的优点，功能金属磷化物在锂硫电池中被广泛使用、大大提高了电化学性能。此外，将O-CoP/CNT复合材料作为锂硫电池的催化剂，涂覆在聚丙烯隔膜上，制备功能化隔膜；用O对CoP/CNT复合材料进行阴离子掺杂，提高CoP/CNT复合材料对多硫化物的吸附力，抑制穿梭效应，从而提高锂硫电池的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种氧掺杂磷化钴/碳纳米管复合材料的制备方法及应用。这种制备方法简单、成本低廉、环境友好安全、不需要在密闭高压反应条件下完成。这种方法制备的材料为吸附多硫化物提供更多的活性位点，能加速多硫化物的转化，将其涂覆在隔膜上制备功能化隔膜，能显著提升锂硫电池的电化学性能，有效抑制多硫化物的穿梭。

实现本发明目的的技术方案是：

一种氧掺杂磷化钴/碳纳米管复合材料的制备方法， 包括如下步骤：

1）Co₃O₄/CNT复合材料的制备：将氯化钴和碳纳米管溶于水溶液中，逐滴加入100μl氨水，温度调至60-120°C，低速搅拌7-15小时，使碳纳米管表面生长出Co₃O₄颗粒，反应结束后用乙醇和去离子水清洗，将混合物洗涤3次，将洗涤后的样品冷冻干燥得到Co₃O₄/CNT复合材料，其中碳纳米管为多壁碳纳米管，洗涤产物的目的主要是为了除去反应杂质，确保得到纯净的产物，不受杂质影响；