[发明专利]一种锂硫电池用正极材料的制备方法及锂硫电池

说明书

本发明涉及一种锂硫电池用正极材料的制备方法，包括如下步骤：将硝酸钴和2‑甲基咪唑溶于溶剂中并静置，离心干燥，得到ZIF‑67；将ZIF‑67在惰性气氛围下进行碳化，冷却至室温，得到Co‑N‑C；将Co‑N‑C和双氰胺在惰性气氛围下进行碳化，冷却至室温，得到CNT@Co‑N‑C。一种锂硫电池，包括通过锂硫电池用正极材料作为所述锂硫电池的正极材料。本发明的有益效果是：相比于单独的金属有机框架化合物基复合材料提高了比表面积和导电性，能够更有效的负载硫，并在电池反应过程中更有效的抑制多硫化物的穿梭效应，组装成电池进行恒流放电测试，结果表明原位生长了碳纳米管的复合材料的电化学性能更加优异。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，尤其涉及一种锂硫电池用正极材料的制备方法及锂硫电池。

背景技术

随着石墨负极的成功商业化应用，锂离子电池在智能手机、笔记本电脑等便携式电子设备中已得到广泛的应用。经过20多年的发展，现有基于嵌锂化合物正极的锂离子电池已接近其理论容量，但仍不能满足高速发展的电子工业和新兴的电动汽车等行业的要求，寻找具有更高能量密度的电池系统迫在眉睫。如，锂硫电池是以金属锂为负极，单质硫为正极活性物质的新一代锂离子二次电池，其中，金属锂是自然界中密度最小(0.53g/cm³)、标准电位最低(-3.04Vvs.SHE)、电化学当量最低(0.26g/Ah)、理论比容量最高(3861mAh/g)的金属元素，因此金属锂具有非常高的能量密度，由其作为负极材料组装而成的金属锂电池具有更高的能量密度和工作电压。单质硫在自然界中广泛分布，利用Li₂S和S之间的可逆变换，理论比容量为1672mAh/g，按平均电压2.1V计算，其理论能量密度为2600Wh/kg。锂-硫组合是所有已知的化学可逆系统中能量密度最高的固态电极组合。

尽管与传统锂离子电池相比，锂硫电池具有如上述的明显优点，但仍然存在活性物质利用率低、循环性能差、库仑效率低、自放电率高等问题，延缓了其实用化的步伐。溶解于有机电解液的Li₂S_n(4≤n≤8)在浓度梯度存在的情况下，在正极附近电解液中已被电化学氧化为链段长度相对较长的长链聚硫锂Li₂S_n(6≤n≤8)通过隔膜向锂负极扩散，并直接与金属锂发生反应，生成链段长度相对较短的短链聚硫锂Li₂S_n(4≤n≤6)、Li₂S₂以及Li₂S，最终导致锂硫电池库仑效率下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锂硫电池用正极材料的制备方法及锂硫电池，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种锂硫电池用正极材料的制备方法，包括如下步骤：

S100、将硝酸钴和2-甲基咪唑溶于溶剂中,反应结束后，得到ZIF-67；

S200、将ZIF-67在惰性气氛围下进行碳化，得到Co-N-C；

S300、将Co-N-C和双氰胺在惰性气氛围下进行碳化，得到CNT@Co-N-C。

本发明的有益效果是：相比于单独的金属有机框架化合物基复合材料提高了比表面积和导电性，能够更有效的负载硫，并在电池反应过程中更有效的抑制多硫化物的穿梭效应。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述S100中制备ZIF-67的具体步骤如下：

将硝酸钴和2-甲基咪唑溶于甲醇中，静置6h-12h，然后离心干燥，干燥温度为60℃-80℃，时间为12h，结束后，得到ZIF-67。

进一步，所述S200中制备Co-N-C的具体步骤如下：