锂硫电池复合正极材料的制备方法

本发明涉及一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，属于电池正极材料。

背景技术：

1、目前，提高锂硫电池电化学性能最普遍的解决方案是引入导电碳材料作为载体，以提升导电性能；与过渡金属化合物形成复合材料，以抑制多硫化物的穿梭效应；引入复合碳、金属和有机材料，结合导电、催化和亲硫等优势，综合提升电极性能。碳材料是一种廉价、易得且性能十分优异的材料。碳材料的力学性能、电学性能、导热性能和吸附性能良好，并具有多层次的孔结构和丰富的表面特征，可以用来物理限制多硫化物并提高硫利用率，如将cnts与高孔碳纳米球结合，有效地降低了大孔的孔隙率，维持了快速的离子运输路径，从而减少了电解液的需求量。

2、然而，由于非极性碳表面和极性多硫化物之间的弱相互作用，循环稳定性不如预期的好。一些极性材料，如氧化物(tio2、v2o5，mno2)和硫化物(ws2)、硒化物(cose)，它们不仅能吸附多硫化物，还能加快多硫化物和li2s2/li2s之间的转换速率。但这些材料大多导电性差，使得电池循环性能、倍率性能并不理想。

3、有鉴于此，确有必要提出一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，能够提升锂硫电池的循环性能和倍率性能。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，主要包括以下步骤：

3、步骤1、利用水热法或室温合成法制备得到mof材料；

4、步骤2、将mof材料在惰性气体氛围下碳化，用酸性溶液刻蚀后得到mof衍生多孔c；

5、步骤3、将mof衍生多孔c与nh4vo3溶液超声混合并水浴；

6、步骤4、将步骤3得到的材料在惰性气体氛围下煅烧，得到复合材料c@v2o3；

7、步骤5、将复合材料c@v2o3在nh3氛围下氮化，得到复合材料c@vn；

8、步骤6、将复合材料c@vn与s粉进行混合，在惰性氛围下煅烧得到锂硫电池复合正极材料s-c@vn。

9、作为本发明的进一步改进，步骤1中，所述mof材料为al-mof、co-mof、zn-mof或cu-mof材料中的任意一种。

10、作为本发明的进一步改进，步骤1中，所述水热法制备过程中的温度为120-180℃，时间为12-24h。

11、作为本发明的进一步改进，步骤2中，所述惰性气体为n2或ar。

12、作为本发明的进一步改进，步骤2中，所述mof材料的碳化温度为500-800℃，时间为2-6h，刻蚀过程采用hf溶液或hcl溶液，所述hf溶液或hcl溶液的浓度为10-20％。

13、作为本发明的进一步改进，步骤3中，所述mof衍生多孔c与kmno4溶液或(nh4)2moo4溶液进行超声混合并水浴。

14、作为本发明的进一步改进，步骤3中，所述nh4vo3溶液的浓度为0.01-1m，水浴的时间为0.5-6h，水浴的温度为40-80℃。

15、作为本发明的进一步改进，步骤4中，煅烧的温度为150-800℃，时间为0.5-4h。

16、作为本发明的进一步改进，步骤5中，氮化的温度为500-800℃，时间为2-6h。

17、作为本发明的进一步改进，步骤6中，所述复合材料c@vn与所述s粉的质量比为1:3-1:5，煅烧的温度为135-185℃，煅烧的时间为12-16h。

18、本发明的有益效果是：本发明充分利用多孔复合结构的高导电网络和内嵌氮化物极强的催化活性，加强了对多硫化物的化学吸附能力，有效降低了电解液使用量，加强了多硫化物氧化还原动力学，提升了锂硫电池的循环性能和倍率性能。

技术特征：

1.一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述mof材料为al-mof、co-mof、zn-mof或cu-mof材料中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述水热法制备过程中的温度为120-180℃，时间为12-24h。

4.根据权利要求1所述的锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述惰性气体为n2或ar。

5.根据权利要求1所述的锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述mof材料的碳化温度为500-800℃，时间为2-6h，刻蚀过程采用hf溶液或hcl溶液，所述hf溶液或hcl溶液的浓度为10-20％。

6.根据权利要求1所述的锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述mof衍生多孔c与kmno4溶液或(nh4)2moo4溶液进行超声混合并水浴。

7.根据权利要求1所述的锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述nh4vo3溶液的浓度为0.01-1m，水浴的时间为0.5-6h，水浴的温度为40-80℃。

8.根据权利要求1所述的锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于：步骤4中，煅烧的温度为150-800℃，时间为0.5-4h。

9.根据权利要求1所述的锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于：步骤5中，氮化的温度为500-800℃，时间为2-6h。

10.根据权利要求1所述的锂硫电池复合正极材料的制备方法，其特征在于：步骤6中，所述复合材料c@vn与所述s粉的质量比为1:3-1:5，煅烧的温度为135-185℃，煅烧的时间为12-16h。

技术总结
本发明提供了一种锂硫电池复合正极材料的制备方法，包括利用水热法或室温合成法制备得到MOF材料；将MOF材料在惰性气体氛围下碳化，用酸性溶液刻蚀后得到MOF衍生多孔C；将MOF衍生多孔C与NH<subgt;4</subgt;VO<subgt;3</subgt;溶液超声混合并水浴；在惰性气体氛围下煅烧，得到复合材料C@V<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;；将C@V<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;在NH<subgt;3</subgt;氛围下氮化，得到复合材料C@VN；将C@VN与S粉进行混合，在惰性氛围下煅烧得到锂硫电池复合正极材料S‑C@VN。本发明充分利用多孔复合结构的高导电网络和内嵌氮化物极强的催化活性，加强了对多硫化物的化学吸附能力，有效降低了电解液使用量，加强了多硫化物氧化还原动力学，提升了锂硫电池的循环性能和倍率性能。

技术研发人员：刘瑞卿,张东文,刘文秀,和璐璐,谢坤,朱文凤,林秀婧,马延文
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13