[发明专利]一种硫掺杂g-C3 在审
| 申请号： | 202011124328.6 | 申请日： | 2020-10-20 |
| 公开（公告）号： | CN112201790A | 公开（公告）日： | 2021-01-08 |
| 发明（设计）人： | 程信强;张兰兰 | 申请（专利权）人： | 程信强 |
| 主分类号： | H01M4/62 | 分类号： | H01M4/62;H01M10/052;H01M10/42 |
| 代理公司： | 暂无信息 | 代理人： | 暂无信息 |
| 地址： | 314000 浙江省嘉兴市南湖区*** | 国省代码： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 掺杂 base sub | ||
本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种硫掺杂g‑C3N4/α‑ZrP‑碳化ZIF‑8正极材料的制备方法及其应用。该制备方法的步骤包括：先用SBA‑15作模板剂，以三聚氰胺和尿素为原料制备介孔g‑C3N4；然后以硝酸锌、八水氧氯化锆、2‑甲基咪唑和磷酸为原料在g‑C3N4上负载碳化ZIF‑8和α‑ZrP纳米片，最后将硫单质掺杂进去制得正极材料。本发明制备的正极材料提升了锂硫电池的容量，避免了硫单质正极的体积膨胀大，降低了长链多硫化物造成穿梭效应。
技术领域
本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种硫掺杂g-C3N4/α-ZrP-碳化 ZIF-8正极材料的制备方法及其应用。
背景技术
锂硫电池是锂电池的一种，具体是以硫元素作为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池。单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，它的电池容量远远大于商业上广泛应用的钴酸锂电池。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染；单质硫在地球中储量丰富，价格低廉；是一种非常有前景的锂电池。
锂硫电池能够提供很大的高能量密度和更高的理论比容量，十分具有潜力，但是他还面临着较多的技术难度，主要集中在以下几个方面：一是硫作为电池的正极，硫和硫的还原产物(LiSx)在室温下电子绝缘，导致原料硫的利用率低，从而降低电池的实际容量；二是硫正极与锂负极之间的高溶解性使得长链多硫化物在电解液中大量溶解导致穿梭效应，电池容量衰减快，库伦效率低；三是正极的硫在充放电过程中存在明显的体积膨胀，膨胀率高达80％，导致锂硫电池循环性能差。
发明内容
为了解决单质硫作为正极带来的实际容量低、体积膨胀大和产生的长链多硫化物造成穿梭效应的问题，本发明提供一种硫掺杂g-C3N4/α-ZrP-碳化ZIF-8正极材料的制备方法及其应用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种硫掺杂g-C3N4/α-ZrP-碳化ZIF-8正极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将三聚氰胺、尿素和SBA-15分子筛以一定比例加入50ml去离子水中在60-70℃的水浴中搅拌40-60min后在70-80℃的真空干燥箱中烘干并研磨，随后把研磨后的混合粉末放入管式炉中在N2气氛保护下以2℃/min的速率升温至560℃，煅烧4-6h，冷却至室温后将样品再次研磨并置于50ml氢氟酸-乙醇混合溶液中浸泡18-24h，浸泡后将样品冻干得到介孔g-C3N4粉末。
步骤二：将硝酸锌和2-甲基咪唑分别溶于40mL甲醇中，然后把两种溶液同时加入含有一定量介孔g-C3N4粉末的50ml甲醇中，将混合物在室温下超声3-4h 后密封陈化24-30h，随后将溶液离心并用乙醇洗涤三次，在80-85℃的真空干燥箱中干燥24h；最后将样品放入氩气保护下的管式炉中以2℃/min的速率升温至 500℃，煅烧3-5h得到g-C3N4/碳化ZIF-8复合材料。
步骤三：取一定量的八水氧氯化锆和g-C3N4/碳化ZIF-8加入去离子水中超声5-10min，然后向适量浓度为3mol/L的磷酸中缓慢滴入该混合溶液，水浴 50-60℃下搅拌2-3h，随后将溶于置于反应釜中以160-180℃反应24-36h，反应后将溶液抽滤并用去离子水洗涤5次，然后将样品在60-65℃的烘箱中烘干得到 g-C3N4/α-ZrP-碳化ZIF-8复合材料。
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