[发明专利]一种用于锂硫电池正极材料的3D-ZIF8@zif67制备方法

说明书

本发明涉及一种锂硫电池正极材料的制备方法，所述锂硫电池正极材料为具有三维有序介孔的ZIF67和ZIF8的复合材料，记为3D‑ZIF67@ZIF8。本发明所述方法首先制备PS球，随后将PS球与六水合硝酸钴和六水合硝酸锌溶液以及2‑甲基咪唑的甲醇溶液混合反应制备PS‑ZIF67@ZIF8材料，最终通过碳化得到3D‑ZIF67@ZIF8材料。本发明的制备方法简单、可控，其丰富的多孔结构，以及碳化后高的C含量，不但可以改善硫的导电性，而且能够阻止放电产物多硫化物的溶解并缓解体积膨胀。

技术领域

本发明涉及一种作为锂硫电池正极材料的3D有序的ZIF67/ZIF8/硫复合材料制备方法，属于材料化学领域，。

背景技术

随着社会的飞速发展，人类对能源的需求越来越大。但是，随着人们生活水平的不断提高，一些主要的化石能源，如煤，石油，天然气已经日渐短缺。与此同时，一些化石能源的燃烧，带来的环境污染以及破坏是不可修复的。如二氧化碳的过度的排放导致了温室效应，而这又导致了海平面的不断上升，同时，汽车尾气的不断排放也将导致雾霾的日益恶化，这将严重的威胁人类的健康与生存环境。所以研究新型的可再生清洁能源与储能装置已迫在眉睫。风能，太阳能以及潮汐能等新型能源虽然清洁无污染，却受到能源来源的局限并不能够取代内燃机为车辆等提供稳定的能源。电池作为一种新型、高能、无污染的化学电源已被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车等储能领域，作为一种具有高比容量和长循环寿命的储能装置进入人们的视野并得到广泛的关注与研究。目前，已商业化的锂离子电池正极材料理论比容量受自身理论比容量为300mAh/g的限制，不能满足对锂离子电池实际应用质量的要求，而新型锂硫电池的理论比容量约为现有商业锂离子电池正极材料理论比容量的五倍(理论比容量为1675mAh/g，比能量为2500Wh/kg)，被认为是最具有发展潜力的高能电池之一。

然而，锂硫电池在实际应用中却存在很多障碍。第一，纯硫在室温下是绝缘体，电子和离子在以硫为正极材料的正极中的传输非常困难。其二，在充放电过程中所形成的中间产物多硫化锂易溶于电解液溶液中，从而导致正极上的电活性物质粉化脱落及溶解损失，且溶解在电解液中的多硫化锂扩散到锂金属负极上，反应生成的硫化锂沉淀在负极的表面，导致电池的内阻增大，最终导致电池的容量衰减。其三，硫和最终产物Li₂S的密度不同，硫正极会发生体积膨胀而碎裂(膨胀比为76％)，这些都会导致锂硫电池循环稳定性变差。

金属有机框架材料,简称MOFs，由于其结构可控多变,形成的结构具有较多的孔道和较大的比表面积,因而拥有极好的与小分子进行反应的能力。近些年来,MOFs不仅仅在气体存储与分离、传感、催化以及药物传输等方面展现了其优越性和多样性,在电化学这一领域也开始被深入研究并逐渐崭露头角。而今,以MOFs为前驱体制备电极材料的文章屡见不鲜。但是直接应用MOFs为锂离子电池负极的材料的报道还不是很多。MOFs拥有较大的比表面积,有效地增加了与电解质的接触面积,同时可控的多孔结构也使得Li⁺更容易在电极材料中嵌入和脱出,提高了其电化学性能。对MOFs的研究有利于锂离子电池更好的发展,所以开发出拥有更高的可逆容量和更好的循环稳定性的金属有机框架材料拥有十分重要的意义。

在众多的金属有机框架中，ZIF8(Zn基)和ZIF67(Co基)就有新颖的结构，Zn和Co基的有机框架可以提供大的比表面积，其具有丰富的微孔，有利于多硫化锂的吸附，并且可以负载更多的S。

发明内容

本发明目的在于提供一种3D有序介孔ZIF67和ZIF8复合材料的制备方法，以该复合材料作为锂硫二次电池的正极，具有容量高、循环性能稳定的特点，能够提高硫电极材料的循环寿命，本发明的制备方法简单、可控，其丰富的多孔结构，以及碳化后高的C含量，不但可以改善硫的导电性，而且能够阻止放电产物多硫化物的溶解并缓解体积膨胀，。为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：