[发明专利]一种基于氧化镧纳米棒的锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于氧化镧纳米棒的锂硫电池正极材料的制备方法：(1)在乙酸镧水溶液中加入氢氧化钾和氢氧化钠，进行水热反应，反应结束后对反应产物洗涤、煅烧，得到氧化镧纳米棒；(2)将所述氧化镧纳米棒分散于碳/硫复合材料中，得到氧化镧改性的碳/硫正极材料。本发明将一维氧化镧纳米棒应用于锂硫电池正极材料中，氧化镧纳米棒的一维棒状结构为离子的快速穿梭提供了通道，氧化镧纳米棒的极性金属氧化物的特性，促进多硫化物的氧化还原反应动力学，增强活性物质利用率，改善高载硫电极下的高倍率循环性能。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种基于氧化镧纳米棒的锂硫电池正极材料的制备方法。

背景技术

锂硫电池因高理论比容量(1600mAh/g)和高能量密度(2600Wh/kg)的优势备受关注，被视为下一代高能量密度电池体系的理想选择之一，受到全世界科研界和产业界的高度关注，是未来高比能储能器件的重点研究方向之一。而要实现此类材料真正大规模商业化应用，在硫正极的研究方面仍然存在诸多问题亟需突破，如：多硫化物聚集、穿梭现象严重、缓慢的氧化还原反应动力学导致其活性物质利用率低和容量衰减。研究人员发现纳米金属氧化物(MnO₂、TiO₂、MoO₂等)，因其较强的极性金属-氧表面化学吸附多硫化物，能有效提升硫的利用率和抑制多硫化物的溶出，改善电极电化学性能，然而上述金属氧化物最大的瓶颈是较低的电子电导率和离子电导率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种基于氧化镧纳米棒的锂硫电池正极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于氧化镧纳米棒的锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在乙酸镧水溶液中加入氢氧化钾和氢氧化钠，进行水热反应，反应结束后对反应产物洗涤、煅烧，得到氧化镧纳米棒；

(2)将所述氧化镧纳米棒分散于碳/硫复合材料中，得到氧化镧改性的碳/硫正极材料。

上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述氢氧化钾和所述氢氧化钠的质量比为1:1，所述氢氧化钾和所述氢氧化钠的总质量与所述乙酸镧溶液的质量比为180-250:1。

上述的制备方法，在水热反应过程中，采用双碱(NaOH/KOH)为矿化剂，可以促进La(OH)₃纳米棒的生成，而采用高浓度碱性物质为反应介质时，采用乙酸镧作为镧源，可以保证产物的形貌结构，而其他镧源比如硝酸镧在高浓度碱性反应条件下易分解，污染产物，还会影响产物的形貌和结构。

上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述水热反应温度为180-220℃，水热反应时间为48-72h。

上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述煅烧的温度为700-900℃；煅烧的时间为6h。

上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述乙酸镧浓度为100mg/mL-300mg/mL。

上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述洗涤是指采用pH值为3-5的盐酸溶液对反应产物进行洗涤，洗涤至洗涤水呈中性。

上述的制备方法，优选的，步骤(1)中，得到的氧化镧纳米棒的直径为100-300nm，长度为5-10μm。

上述的制备方法，优选的，步骤(2)中，所述氧化镧纳米棒与碳/硫复合材料的质量比为(1:20)-(1:5)，其中，碳/硫复合材料中碳与硫的质量比为1:4。

上述的制备方法，优选的，步骤(2)中，将所述氧化镧纳米棒分散于碳/硫复合材料中的具体过程为先将碳/硫复合材料和氧化镧纳米棒加入乙醇溶液中搅拌30-60min，然后干燥，得到氧化镧改性的碳/硫正极材料。