[发明专利]一种基于镍-巯基苯并咪唑配位化合物的有机硫分子及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多硫化镍‑巯基苯并咪唑配位化合物及其制备方法与应用，其制备方法包括以下步骤：(1)将镍盐和2‑巯基苯并咪唑分别溶于溶剂中，得到的溶液与氨基弱碱性溶剂混合，在一定温度下反应得到镍‑巯基苯并咪唑配位化合物；(2)将步骤(1)中得到镍‑巯基苯并咪唑配位化合物与硫粉混合均匀，在惰性气体气氛中加热反应，反应结束后，分离产物，得到多硫化镍‑巯基苯并咪唑配位化合物。本发明将多硫化镍‑巯基苯并咪唑配位化合物作为正极材料制备的锂硫电池具有良好的循环稳定性、高倍率充放电性能以及高硫负载性能，在0.2C下首圈容量为1354.9mAh g^‑1，100圈后仍保留有1179.5mAh g^‑1的容量，且在循环过程中的库伦效率接近100％。

技术领域

本发明涉及储能器件领域，具体涉及一种多硫化-巯基苯并咪唑配位化合物，其制备方法以及作为锂硫电池正极材料的应用。

背景技术

以磷酸铁锂与镍钴锰三元材料为主的锂离子电池是目前商业化应用最为成功的二次电池，广泛应用于消费类电子产品与新能源汽车领域，但这些电池的容量与安全性以越来越难以满足人们的需求。

锂硫电池以硫和锂分别作为正负极活性材料，理论比容量为1675mAh g^-1，能量密度为2600Wh kg^-1，更重要的是，硫资源丰富，价格低廉、无害且对环境友好。凭借这些优点锂硫电池有望成为下一代二次电池，但穿梭效应、动力学缓慢、低硫负载等的问题阻碍着锂硫电池的商业化应用。目前利用各种碳材料，金属氧化物、硫化物吸附多硫化锂抑制穿梭效应，加快反应动力学，但仍未能取得理想的性能。

配合物具有很多固有的特征，如高度有序的多孔结构，可控的孔径和拓扑结构，以及无机-有机的混合性质。由于这些特性，配合物能够在相同体积内储存更多的电荷。这样有益于提供密集的阳离子跳跃位点，以便离子传输的活化能实现最小化，进而提高离子电导率。利用这些特性实现对多硫化锂的吸附与对反应动力学的加速，实现锂硫电池的容量、循环稳定性、倍率性能、能量密度等电化学性能的提升。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的缺点和不足，提供了一种多硫化-巯基苯并咪唑配位化合物的制备方法，及其在锂硫电池正极材料方面的应用。

本发明第一方面提供了一种多硫化镍-巯基苯并咪唑配位化合物，具有如下所示的结构式：

本发明第二方面提供了第一方面所述的多硫化镍-巯基苯并咪唑配位化合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍盐和2-巯基苯并咪唑分别溶解于有机溶剂中，将得到的溶液与氨基弱碱性溶剂混合反应，反应结束后，离心收集沉淀，洗涤、干燥得到镍-巯基苯并咪唑配位化合物；

(2)将步骤(1)中得到的镍-巯基苯并咪唑配位化合物与硫粉混合均匀，加热反应，反应结束后，洗涤产物，离心、干燥得到多硫化镍-巯基苯并咪唑配位化合物；所述加热反应的反应气氛为惰性气体。

2-巯基苯并咪唑中有三个配位反应位点：C-S中的硫原子、C＝N中的氮原子、C-N中的氮原子，尤其是巯基中的硫原子表现出较强的与金属空轨道配位能力，配合反应会优先发生在C-S中的硫原子上，其次为C＝N中的氮原子。

进一步地，溶解镍盐与2-巯基苯并咪唑所采用的有机溶剂可为甲醇、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺中的一种。优选地，所述有机溶剂的添加量与镍盐的体积摩尔量比为30mL:1～12mmoL。

进一步地，所述镍盐为硝酸盐、盐酸盐、硫酸盐、醋酸盐或及其水合物中的一种。

进一步地，所述氨基弱碱性溶剂为三乙胺、二乙胺、乙二胺、正丙胺、异丙胺、二正丙胺、二异丙胺或三丙胺中的一种，其添加量与镍盐的体积摩尔比为0.4～0.8mL:1mmoL。