[发明专利]一种Co4

说明书

本发明属于锂硫电池的技术领域，公开了一种Co₄N纳米片阵列修饰的木材衍生碳基材料、锂硫电池正极及其制备方法。所述方法：1)将天然木材片预碳化，在二氧化碳氛围下活化，碳化，后续处理，获得碳基材料；2)以碳基材料为工作电极，以钴盐的水溶液为电解液，恒电流电沉积；在氨气气氛下氮化处理，获得Co₄N纳米片阵列修饰的木材衍生碳基材料。所述锂硫电池正极是由Co₄N纳米片阵列修饰的木材衍生碳基材料与单质硫制备而成。本发明的方法简单，成本低廉，易于产业化；本发明的锂硫电池正极材料为一体式正极，制备时无需添加粘结剂和集流体，对多硫化物具有强吸附作用，以该材料组装成的锂硫电池起始容量高，循环稳定性好。

技术领域

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体涉及一种Co₄N纳米片阵列修饰的木材衍生碳基材料、锂硫电池正极及其制备方法。

背景技术

电池技术在应对全球能源危机中发挥了关键作用，它使太阳能和风能等可再生但不稳定的能源得到有效利用。但由于理论能量密度低的限制，目前市面上占有率最大的锂离子电池已不足以满足一些电子设备的应用要求。尽管在过去的几十年里锂离子电池的技术开发取得了显著的进展，但最先进的锂离子电池依然存在着实际能量密度低、寿命有限等短板，使其不能满足日益增长的商业应用要求。随着人们对电动汽车的续航里程也有了更高的需求，寻找具有更高能量密度的电池系统成为了当前社会的迫切需要。

可充电锂硫电池(LSBs)理论比容量高达1675mAh/g，理论比能量为2600 Wh/kg，比锂离子电池(LIBs)高出数倍，是下一代能源系统最有前景的储能系统之一。锂硫电池正极中的活性材料为大自然储量丰富的硫，硫本身无毒、成本较低，是一种环境友好的材料。但锂硫电池在充放电过程中存在的一系列问题也抑制了其商业化应用：1)放电过程中形成的Li₂S₂/Li₂S与S的密度相差较大，正极材料易膨胀，引起结构坍塌；2)S和放电产物Li₂S₂/Li₂S较差的导电性使得充放电反应动力学缓慢；3)放电过程产生的中间产物多硫化锂Li₂S_x(4≤x ≤8)易溶于醚基电解质中，经隔膜穿梭至负极表面且形成惰性表面层，造成活性物质不可逆转的损失，严重影响电池的循环稳定性。因此，开发一种导电性优良，对多硫化物具有强吸附作用，且加快充放电反应动力学的正极材料，对锂硫电池未来商业化具有重要的推动作用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种Co₄N纳米片阵列修饰的一体式木材衍生碳基材料及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种锂硫电池正极，所述锂硫电池正极由上述 Co₄N纳米片阵列修饰的木材衍生碳基材料与硫制备而成。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种Co₄N纳米片阵列修饰的木材衍生碳基材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将天然木材片于250～500℃预碳化，获得预碳化木片；预碳化的升温速率为5～10℃/min；预碳化的时间为2～6h；

2)将预碳化木片在二氧化碳氛围下于600～800℃活化4～8h，获得活化材料；活化的升温速率为5～10℃/min；

3)将活化材料在惰性氛围下于1000～1400℃碳化2～6h，后续处理，获得天然木材衍生的碳基材料；碳化的升温速率为5～10℃/min；

4)以碳基材料为工作电极，以钴盐的水溶液为电解液，恒电流电沉积，获得Co(OH)₂修饰的天然木材衍生碳基材料记Co(OH)₂/WCP；