含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质及其制备方法和电池正极材料及其应用与流程

1.本发明涉及锂硫电池正极材料技术领域，具体涉及一种含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质及其制备方法和电池正极材料及其在锂硫电池中的应用。


背景技术：

2.随着近年来电动汽车与移动电子设备的飞速发展，锂离子电池的能量密度已难以满足需要。锂硫电池因其高的理论比容量(1675mah g-1
)和理论能量密度(2600wh kg-1
)，环境友好、安全无毒、成本低廉等优点，被认为是下一代最具前景的高能量二次电池体系而备受关注。锂硫电池是以硫元素作为电池正极的一种锂电池，虽然单质硫的理论放电比容量远远高于商业上广泛应用的锂离子电池，但是单质硫的电子导电性和离子导电性差，硫材料在室温下的电导率极低(5
×
10-30s·
cm-1
)，反应的最终产物li2s2和li2s也是电子绝缘体，不利于电池在高倍率下的性能。此外，单质硫在充放电过程中形成的中间态多硫化物易溶解在液态电解质中，并随着电解质的扩散从正极材料中扩散至负极引发不必要的副反应，称为“穿梭效应”，而“穿梭效应”会导致活性物质硫的损失，使得锂硫电池的整体性能普遍较低。因此，与锂离子电池相比，目前，锂硫电池在高倍率下的容量衰减严重、循环性能较差。
3.在电池的充放电过程中，随着放电倍率的提高，电化学极化与浓差极化的加重将会严重影响电极的高倍率性能。因此，在高倍率放电下的锂硫电池正极材料不仅需要具有能够提供锂离子快速迁入和脱出的通道，同时还需要能够催化多硫化物的电化学转化反应，抑制其溶解损失。
4.为了解决上述问题，研究者们通过采用多孔碳材料与单质硫复合，以增加电极的导电性，并通过多孔碳材料对多硫化物的物理吸附作用防止“穿梭效应”，或者利用过渡金属氧化物与多硫化物之间的化学吸附作用抑制多硫化物的“穿梭效应”。但是，在实际应用中，多孔碳材料对多硫化物的物理吸附作用较弱，无法有效抑制“穿梭效应”，而过渡金属氧化物本身导电性较低，无法使锂硫电池在高倍率下表现出高性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术存在的锂硫电池高倍率充放电性能不佳的问题，提供了一种含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质及其制备方法和电池正极材料及其在锂硫电池中的应用，以实现锂硫电池的高倍率充放电性能的提升。
6.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质，该正极活性物质为复合材料，所述复合材料含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料、石墨烯和单质硫，以所述复合材料的总量为基准，以镍计的所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的含量为0.5-15重量％，所述石墨烯的含量为5-25重量％，所述单质硫的含量为55-90重量％。
7.本发明第二方面提供一种含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质的制备方法，该方法包括以下步骤：
8.(1)将氮掺杂碳包覆镍纳米材料、石墨烯和单质硫混合，得到混合物；
9.(2)在惰性气氛下，在不低于硫的熔融温度下，将所述混合物进行高温处理。
10.本发明第三方面提供一种电池正极材料，所述电池正极材料含有正极活性物质、导电剂和粘合剂，所述正极活性物质含有第一方面所述的正极活性物质或者为按照第二方面所述的制备方法制备得到正极活性物质。
11.本发明第四方面提供如第三方面所述的电池正极材料在锂硫电池中的应用。
12.通过上述技术方案，本发明具有如下优势：
13.本发明提供的含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质为复合材料，所述复合材料含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料、石墨烯和单质硫，氮掺杂碳包覆镍纳米材料包括含有金属态镍内核和包覆在所述金属态镍内核表面的氮掺杂石墨化碳层外壳的氮掺杂碳包覆镍纳米颗粒，其中，氮掺杂石墨化碳层外壳能够提高碳基底的极性，协同金属态镍内核，对多硫化物有着强烈的化学吸附能力，抑制了“穿梭效应”；同时，金属态镍内核可以催化含硫物质的电化学转化，为电化学反应提供活性位点，提高了活性硫的利用率。采用本发明的正极活性物质制备的电池正极材料应用于锂硫电池中，能够提高锂硫电池在高倍率下的充放电性能，其在1c倍率下的放电比容量可达807mah/g，1c每次循环的容量损失可低至0.13％。
附图说明
14.图1是采用实施例1-3的含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质制得的锂硫电池的循环性能对比图；
15.图2是采用对比例的常规石墨烯-硫正极活性物质制得的锂硫电池的循环性能图。
具体实施方式
16.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
17.本发明第一方面提供一种含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质，该正极活性物质为复合材料，所述复合材料含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料、石墨烯和单质硫，以所述复合材料的总量为基准，以镍计的所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的含量为0.5-15重量％，所述石墨烯的含量为5-25重量％，所述单质硫的含量为55-90重量％。
18.本发明的一些实施方式中，优选地，以所述复合材料的总量为基准，以镍计的所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的含量为0.5-5重量％，所述石墨烯的含量为10-20重量％，所述单质硫的含量为65-90重量％。
19.本发明的一些实施方式中，优选地，以所述复合材料的总量为基准，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的含量为1-20重量％，所述石墨烯的含量为5-25重量％，所述单质硫的含量为55-90重量％。
20.更优选地，以所述复合材料的总量为基准，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的含量为1-10重量％，所述石墨烯的含量为10-20重量％，所述单质硫的含量为65-90重量％。
21.本发明的一些实施方式中，优选地，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料中，以所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的总量为基准，镍元素的含量为30-80重量％，优选为40-70重量％；碳元素的含量为20-70重量％，优选为30-60重量％。
22.本发明的一些实施方式中，优选地，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料包括氮掺杂碳包覆镍纳米颗粒，所述氮掺杂碳包覆镍纳米颗粒含有金属态镍内核和包覆在所述金属态镍内核表面的氮掺杂石墨化碳层外壳，所述金属态镍包括面心立方晶格结构和/或六方紧密晶格结构。
23.本发明的一些实施方式中，优选地，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料还含有氮元素，可以是在氮掺杂碳包覆镍纳米材料的制备过程中，形成于石墨化碳层中含有以各种形式存在的氮元素。所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料中，以所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的总量为基准，氮元素的含量不大于15重量％，优选为0.1-10重量％，更优选为1-5重量％。
24.本发明的一些实施方式中，优选地，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料还可能含有氧元素，可能是在氮掺杂碳包覆镍纳米材料的制备过程中，形成于氮掺杂石墨化碳包覆层中含有以各种形式存在的氧元素。
25.本发明的一些实施方式中，优选地，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料中，以所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的总量为基准，氮元素和氧元素的总含量不大于15重量％，优选为0.2-12重量％，更优选为0.5-10重量％。
26.本发明中，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料中，氮元素和氧元素的含量采用元素分析法测定，镍元素的含量为归一化扣除碳元素、氧元素、氮元素后的含量。
27.本发明中，术语“金属态镍”是指镍的价态为零价。
28.本发明中，术语“氮掺杂石墨化碳层”中的“氮”是指氮元素，该术语具体是指，在氮掺杂碳包覆镍纳米材料的制备过程中，形成的石墨化碳层中含有以各种形式存在的氮元素。
29.本发明中，术语“石墨化碳层”是指在高分辨透射电镜下可明显观察到层状结构的碳结构，而非无定型结构。
30.本发明的一些实施方式中，所述氮掺杂碳包覆镍纳米颗粒呈球形或类球形。
31.本发明的一些实施方式中，优选地，所述金属态镍包括面心立方晶格结构和/或六方紧密晶格结构。所述金属态镍的晶格结构可以通过xrd表征确定。
32.本发明的一些实施方式中，优选地，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料具有双介孔分布峰，且双介孔分布峰分别对应第一最可几孔径和第二最可几孔径，且所述第一最可几孔径为2.5-5nm，所述第二最可几孔径为7-12nm。
33.本发明中，术语“介孔”定义为孔径在2-50nm范围的孔。孔径小于2nm的孔定义为微孔，大于50nm的孔定义为大孔。
34.本发明中，术语“介孔分布峰”是指根据barrett-joyner-halenda(bjh)方法对脱附曲线进行计算得到的孔分布曲线上的介孔分布峰。
35.本发明的一些实施方式中，优选地，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的介孔体积为0.05-1cm3/g。
36.本发明的一些实施方式中，优选地，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的介孔体积占总孔体积的比例大于50％，进一步优选大于90％。
37.本发明的一些实施方式中，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料具有丰富的介孔结构，有利于电池反应中反应物及产物的传质扩散；特别是该材料具有的多级介孔结构，能够赋予该材料更多样的功能，使之适用于更多的应用领域。
38.本发明的一些实施方式中，优选地，所述氮掺杂石墨化碳层的平均厚度为0.3-6nm，优选为0.3-5nm。
39.本发明的一些实施方式中，优选地，所述金属态镍内核的平均粒径为1-200nm，优选为3-100nm，更优选为4-40nm。
40.本发明中，氮掺杂石墨化碳层的平均厚度以及作为内核的金属态镍的平均粒径采用透射电镜法测定。
41.本发明的一些实施方式中，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的制备方法可以参考本领域技术人员熟知的方法制备得到，例如可以参考专利文献cn109304202a公开的方法制备得到，在此将不再赘述。
42.本发明的一些实施方式中，优选地，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的金属态镍内核的表面被氮掺杂石墨化碳层严密包覆，以防止金属镍在电化学反应过程中发生副反应，从而影响锂硫电池电极的性能。
43.其中，氮掺杂石墨化碳层包覆的严密程度反映金属态镍内核被氮掺杂石墨化碳层与外部环境隔绝的比例，可以通过高分辨透射电镜(hrtem)的分析结果、镍含量分析结果和酸洗实验结果表征。优选情况下，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的酸洗损失率小于50％，更优选小于30％，进一步优选小于15％。所述“酸洗损失率”是指制备完成的氮掺杂碳包覆镍纳米材料经酸洗后进水镍的损失比例。其反映了氮掺杂石墨化碳层对金属态镍内核包覆的严密程度。酸洗损失率越大，氮掺杂石墨化碳层外壳对金属态镍内核包覆的严密程度越低，酸洗损失率越小，氮掺杂石墨化碳层外壳对金属态镍内核包覆的严密程度越高。酸洗损失率的测量和计算方法可以参考cn109304202a中的定义，在此将不再赘述。
44.本发明的一些实施方式中，所述正极活性物质中的氮掺杂碳包覆镍纳米颗粒含有严密包覆的氮掺杂石墨化碳层/金属态镍核壳结构，避免了内核过渡金属材料团聚，甚至在空气中自燃，或与反应中间产物发生副反应，改善了材料的化学稳定性。
45.本发明第二方面提供一种含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质的制备方法，该方法包括以下步骤：
46.(1)将氮掺杂碳包覆镍纳米材料、石墨烯和单质硫混合，得到混合物；
47.(2)在惰性气氛下，在不低于硫的熔融温度下，将所述混合物进行高温处理。
48.本发明的一些实施方式中，优选地，步骤(1)中，氮掺杂碳包覆镍纳米材料、石墨烯和单质硫的用量使得得到的混合物中，以所述混合物的总量为基准，以镍计的所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的含量为0.5-15重量％，所述石墨烯的含量为5-25重量％，所述单质硫的含量为55-90重量％。
49.更优选地，氮掺杂碳包覆镍纳米材料、石墨烯和单质硫的用量使得得到的混合物中，以所述混合物的总量为基准，以镍计的所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的含量为0.5-5重量％，所述石墨烯的含量为10-20重量％，所述单质硫的含量为65-90重量％。
50.本发明的一些实施方式中，优选地，步骤(1)中，氮掺杂碳包覆镍纳米材料、石墨烯和单质硫的用量使得得到的混合物中，以所述混合物的总量为基准，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的含量为1-20重量％，所述石墨烯的含量为5-25重量％，所述单质硫的含量为55-90重量％。
51.更优选地，氮掺杂碳包覆镍纳米材料、石墨烯和单质硫的用量使得得到的混合物中，以所述混合物的总量为基准，所述氮掺杂碳包覆镍纳米材料的含量为1-10重量％，所述石墨烯的含量为10-20重量％，所述单质硫的含量为65-90重量％。
52.本发明的一些实施方式中，所述混合物可以通过将氮掺杂碳包覆镍纳米材料与石墨烯和单质硫混合并研磨后得到。
53.本发明的一些实施方式中，步骤(2)中，所述高温处理的温度为在不低于硫的熔融温度下进行，使单质硫处于熔融态，并使其能够在石墨烯导电网络上均匀分散。优选地，所述高温处理的条件包括：在100-200℃的温度下进行。
54.根据本发明的一种具体实施方式，所述高温处理的反应时间可以为1-48小时，优选为8-40小时，更优选为10-30小时，进一步优选为12-20小时。
55.所述高温处理在密闭反应器中进行，例如，可以在常见的高压反应釜中进行。
56.本发明的一些实施方式中，优选地，步骤(2)中，所述高温处理在惰性气氛中进行，所述惰性气氛由氮气、氩气、氖气和氦气中的至少一种提供。
57.本发明的一些实施方式中，优选地，步骤(2)中，将所述混合物进行高温处理后，还包括将得到的反应产物自然冷却至室温，并且研磨成粉状的步骤，从而得到本发明的含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质。
58.本发明的一些实施方式中，所述含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质的制备方法通过氮原子掺杂所产生的极性化学吸附作用来“锚定”中间产物多硫化物，再利用过渡金属颗粒(金属态镍内核)催化含硫物质的电化学转化，为电化学反应提供活性位点，提高了活性硫的利用率。通过对石墨化碳层外壳进行氮原子掺杂，协同金属态镍内核，使得采用该正极活性物质制备的电池正极材料应用于锂硫电池中时，该锂硫电池在高倍率性能方面有了明显的提高。此外，该制备方法简单，制得的氮掺杂碳包覆镍纳米材料的粒径、孔径都可人工调控，适用于大规模工业化生产。
59.本发明第三方面提供一种电池正极材料，所述电池正极材料含有正极活性物质、导电剂和粘合剂，所述正极活性物质含有第一方面所述的正极活性物质或者为按照第二方面所述的制备方法制备得到正极活性物质。
60.本发明的一些实施方式中，可将所述电池正极材料与溶剂形成的浆料涂覆和/或填充于集流体上，经干燥，压延或不压延，以制备锂硫电池正极极片。所述集流体可以是本领域技术人员所公知的各种集流体，如铝箔、铜箔、镀镍钢带，本发明选用铝箔作为集流体。
61.本发明的一些实施方式中，所述电池正极材料的粘合剂可以采用本领域已知的所有可用于锂硫电池的粘合剂。可以选自含氟树脂和/或聚烯烃化合物，例如，聚四氟乙烯(ptfe)、聚二偏氟乙烯(pvdf)和丁苯橡胶中的一种或几种。以所述正极活性物质的重量为基准，所述粘合剂的含量可以为0.01-15重量％。
62.本发明的一些实施方式中，所述电池正极材料的导电剂的含量和种类为本领域技术人员所公知，例如，以所述正极活性物质的重量为基准，所述导电剂的含量一般为0-30重
量％。所述导电剂可以选自导电炭黑(super-p)、乙炔黑、镍粉、铜粉和导电石墨中的一种或几种。
63.本发明第四方面提供如第三方面所述的电池正极材料在锂硫电池中的应用。
64.由于本发明只涉及对现有技术锂硫电池正极材料中的正极活性物质的改进，因此，将所述电池正极材料应用于锂硫电池中时，对锂硫电池的其它组成和结构没有特别的限制。
65.本发明的一些实施方式中，锂硫电池中可以直接使用金属锂片作为负极。
66.本发明的一些实施方式中，锂硫电池使用的电解液可以为本领域常规使用的电解液，电解液的注入体积与活性物质硫质量的比一般为1-40μl/mg，电解液的浓度一般为0.2-8.0摩/升。
67.本发明的一些实施方式中，锂硫电池使用的隔膜具有电绝缘性能和液体保持性能，设置于正极和负极之间，并与正极、负极和电解液一起密封在电池壳中。所述隔膜可以是本领域通用的各种隔膜，比如由本领域人员在公知的各厂家生产的各生产牌号的聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯毡、改性聚丙烯毡、超细玻璃纤维毡、维尼纶毡或尼龙毡与可湿性聚烯烃微孔膜经焊接或粘接而成的复合膜。
68.以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
69.通过xrd获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息。所采用xrd衍射仪的型号为xrd-6000型x射线粉末衍射仪(日本岛津)，xrd测试条件为：cu靶，kα射线(波长λ＝0.154nm)，管电压为40kv，管电流为200ma，扫描速度为10
°
(2θ)/min。
70.通过高分辨透射电镜(hrtem)表征材料的表面形貌。所采用高分辨透射电镜的型号为jem-2100(日本电子株式会社)，高分辨透射电镜测试条件为：加速电压为200kv。样品中纳米颗粒的粒径通过电镜图片测量得到。
71.通过bet测试方法检测材料的孔结构性质。具体采用quantachrome as-6b型分析仪测定，材料的比表面积由brunauer-emmett-taller(bet)方法得到，孔分布曲线根据barrett-joyner-halenda(bjh)方法对脱附曲线进行计算得到。
72.碳(c)、氢(h)、氧(o)、氮(n)元素的分析在elementar micro cube元素分析仪上进行。具体操作方法和条件如下：样品在锡杯中称量1-2mg，放入自动进样盘，通过球阀进入燃烧管燃烧，燃烧温度为1000℃(为了去除进样时大气干扰，采用氦气吹扫)，然后用还原铜对燃烧后的气体进行还原，形成氮气、二氧化碳和水。混合气体通过三根解吸柱进行分离，依次进tcd检测器检测。氧元素的分析是利用高温分解，在碳催化剂的作用下，将样品中的氧转化为co，然后采用tcd检测co。
73.不同金属元素之间的比例由x射线荧光光谱分析仪(xrf)测定，由已知的碳、氢、氧、氮四种元素总含量，算出不同金属元素在复合材料中的含量。本发明所采用x射线荧光光谱分析仪(xrf)的型号为rigaku 3013x射线荧光光谱仪，x射线荧光光谱分析测试条件为：扫描时间为100s，气氛为空气。
74.制备例
75.本制备例用于说明氮掺杂碳包覆镍纳米材料及其制备方法。
76.按照cn109304202a实施例1公开的方法制备得到氮掺杂碳包覆镍纳米材料，其具体物化表征结果详见cn109304202a。
77.实施例1-3用于说明含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质及其制备方法。
78.实施例1
79.正极活性物质的制备：按照质量比5％:15％:80％将制备例制得的氮掺杂碳包覆镍纳米材料、市售石墨烯材料、单质硫粉分别称重，进行研磨处理，混合均匀。将所得混合物在氩气保护气氛下放入反应釜中，160℃条件下高温处理12小时。
80.实施例2
81.正极活性物质的制备：按照质量比3％:17％:80％将制备例制得的氮掺杂碳包覆镍纳米材料、市售石墨烯材料、单质硫粉分别称重，进行研磨处理，混合均匀。将所得混合物在氩气保护气氛下放入反应釜中，160℃条件下高温处理12小时。
82.实施例3
83.正极活性物质的制备：按照质量比7％:13％:80％将制备例制得的氮掺杂碳包覆镍纳米材料、市售石墨烯材料、单质硫粉分别称重，进行研磨处理，混合均匀。将所得混合物在氩气保护气氛下放入反应釜中，160℃条件下高温处理12小时。
84.对比例
85.本对比例用于说明常规石墨烯-硫正极活性物质的制备。
86.正极活性物质的制备：按照质量比20％:80％将市售石墨烯材料(商购自中科时代纳米公司，牌号为170104)和单质硫粉分别称重，进行研磨处理，混合均匀。将所得混合物在氩气保护气氛下放入反应釜中，160℃条件下高温处理12小时。
87.测试例1-3用于说明电池正极材料、正极、锂硫电池及其制备方法。
88.正极的制备及电池组装：
89.1)正极极片的制备：分别将实施例1-3所得的含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质，导电剂super-p，粘结剂pvdf的nmp溶液以质量比8:1:1混合。具体方法为：将干燥后的正极活性物质和导电剂在研钵中研磨15分钟，研磨均匀后，按照比例加入pvdf溶液(质量分数5％)，在磁力搅拌器上搅拌6小时；将得到的膏状浆液均匀涂布在集流体铝箔，碳布或者碳纸上，然后在60℃的真空干燥箱中烘干20小时备用。
90.2)电池组装：分别将烘干后的电极制成直径为12mm的圆形极片；并在8mpa的压力下保持30-180秒，即得锂硫电池正极。以金属锂为负极，celgard膜作为隔膜，选取1mol/l的二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂为电解质，1％硝酸锂作为添加剂，溶剂体积比dol(1,3-二氧戊环)：dme(乙二醇二甲醚)＝1:1，组装成cr2032型扣式电池。电解液的添加量为单质硫的20倍(质量比)。整个电池的组装均在手套箱中完成，分别制备得到锂硫电池a1-a3。
91.电池性能常规测试：使用武汉兰博电子有限公司的蓝电land ct2001a充放电仪对电池进行充放电测试，充放电电压范围为1.7到2.8v。分别在0.2c、0.5c和1c倍率下对组装的锂硫电池进行比容量测试，并在1c倍率下进行循环性能测试，结果如图1所示。
92.采用实施例1的含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质制备得到的锂硫电池a1，0.2c倍率下放电比容量达到1229mah/g；0.5c倍率下放电比容量达到927mah/g；1c倍率下放电比容量达到830mah/g，1c每次循环的容量损失为0.13％。
93.采用实施例2的含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质制备得到的锂硫电池a2，0.2c倍率下放电比容量达到1266mah/g；0.5c倍率下放电比容量达到926mah/g；1c倍
率下放电比容量达到821mah/g，1c每次循环的容量损失为0.18％。
94.采用实施例3的含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质制备得到的锂硫电池a3，0.2c倍率下放电比容量达到1162mah/g；0.5c倍率下放电比容量达到901mah/g；1c倍率下放电比容量达到807mah/g，1c每次循环的容量损失为0.22％。
95.对比测试例1
96.正极的制备及电池组装：
97.1)正极极片的制备：将对比例所制得的常规石墨烯-硫正极活性物质，导电剂super-p，粘结剂pvdf的nmp溶液以质量比8:1:1混合。具体方法为：将干燥后的正极活性物质和导电剂在研钵中研磨15分钟，研磨均匀后，按照比例加入pvdf溶液(质量分数5％)，在磁力搅拌器上搅拌6小时；将得到的膏状浆液均匀涂布在集流体铝箔，碳布或者碳纸上，然后在60℃的真空干燥箱中烘干20小时备用。
98.2)电池组装：将烘干后的电极制成直径为12mm的圆形极片；并在8mpa的压力下保持30-180秒，即得锂硫电池正极。以金属锂为负极，celgard膜作为隔膜，选取1mol/l的二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂为电解质，1％硝酸锂作为添加剂，溶剂体积比dol(1,3-二氧戊环)：dme(乙二醇二甲醚)＝1:1，组装成cr2032型扣式电池。电解液的添加量为单质硫的20倍(质量比)。整个电池的组装均在手套箱中完成，制备得到锂硫电池d1。
99.电池性能常规测试：使用武汉兰博电子有限公司的蓝电land ct2001a充放电仪对电池进行充放电测试，充放电电压范围为1.7到2.8v。分别在0.2c、0.5c和1c倍率下对组装的锂硫电池进行比容量测试，并在1c倍率下进行循环性能测试，结果如图2所示。
100.结果显示，采用对比例的常规石墨烯-硫正极活性物质制备得到的锂硫电池d1，在0.2c倍率下放电比容量达到1065mah/g；0.5c倍率下放电比容量达到691mah/g；1c倍率下放电比容量达到602mah/g，1c每次循环的容量损失为0.18％。
101.从上述数据分析可得，采用本发明的含有氮掺杂碳包覆镍纳米材料的正极活性物质制备的电池正极材料应用于锂硫电池中，可显著改善锂硫电池的高倍率性能。
102.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。