[发明专利]一种锂硫电池硫正极的单原子催化剂材料的制备方法

说明书

一种锂硫电池正极单原子催化剂材料的制备方法，包括以下步骤：将碳源溶于有机溶剂，再加入有机酸，搅拌形成混合溶液；取混合溶液加入到介孔模板剂中，浸渍过夜，低温老化后再高温老化，烘干得到样品Ⅰ；将样品Ⅰ进行烧结处理，自然冷却得到样品Ⅱ；将金属源和有机配体混合后加入到纯甲醇中，搅拌后再加入氮源，搅拌成均匀溶液；将样品Ⅱ加入到均匀溶液中，依次经过蒸发、烧结、刻蚀、洗涤、抽滤、干燥即得单原子催化剂材料。该方法制备工艺绿色简单、成本低、反应时间短，所得到的单原子催化剂材料能充分与硫复合，所得到的复合材料不仅能增强电极的电导率，还能通过物理限域的方式固定硫，将其作为锂硫电池正极材料时表现出优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池电极材料技术领域，具体涉及一种锂硫电池硫正极的单原子催化剂材料的制备方法。

背景技术

随着电子市场的不断发展，锂离子电池(LIBs)已经不能满足当前对储能体系的要求。为了使电动汽车和一些电子设备快速地发展，迫切需要新一代高能量密度的储能体系来替代现有的LIBs。锂硫电池(Li-S)由于较高的理论能量密度和较低的硫原料成本，作为下一代能量存储设备具有巨大的潜力。此外，硫还具有天然丰富和无毒的优点，可以提供高比容量(1675mAhg^-1)。但是，Li-S电池的商业化一直受到一些固有障碍的困扰。硫及其最终放电产物(Li₂S/Li₂S₂)的绝缘性导致活性材料的利用率低。而在循环过程中体积变化严重(约80％)，导致循环稳定性差。此外，可溶性多硫化锂(LiPs)引起的所谓的穿梭效应一直被认为是其最主要的瓶颈。因此，开发一种有效的技术来增强多硫化锂在硫正极的固定是势在必行的。

正极改性的研究主要集中在，将硫分子包裹到各种碳主体的孔隙中，可以在物理作用上阻碍扩散以缓解穿梭现象。然而，碳载体的物理吸附只能对非极性S₈提供弱的相互作用，极性LiPs将不可避免地溶解到电解质中。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂硫电池硫正极的单原子催化剂材料的制备方法，该方法制备工艺绿色简单、成本低、反应时间短，所制备得到的单原子催化剂材料能够充分与硫复合，所得到的复合材料不仅可以增强电极的电导率，电化学容量高，还可以通过物理限域的方式固定硫，将其作为锂硫电池正极材料时可表现出优异的电化学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种锂硫电池硫正极的单原子催化剂材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳源溶于有机溶剂，再加入有机酸，搅拌形成混合溶液；

(2)取步骤(1)制备得到的混合溶液加入到介孔模板剂中，浸渍一段时间，然后低温老化后再高温老化，最后烘干得到样品Ⅰ；

(3)将样品Ⅰ在烧结气氛中进行烧结处理，自然冷却到室温得到样品Ⅱ；

(4)将金属源和有机配体混合后加入到纯甲醇中，搅拌后再加入氮源，再搅拌成均匀溶液；

(5)将样品Ⅱ加入到步骤(4)得到的均匀溶液中，依次经过蒸发、在烧结气氛中进行烧结、刻蚀、洗涤、抽滤、干燥即得到单原子催化剂材料。

优选的，步骤(1)中，有机酸为草酸或甲酸；碳源为糖醇、葡萄糖、蔗糖中的一种；所述碳源和有机酸分别在混合溶液中的质量浓度为9-11％和70-90％。

优选的，步骤(2)中，介孔模板剂为SBA-15，混合溶液与介孔模板剂之间的质量比范围为1：(1-4)，浸渍温度为25-35℃，浸渍时间为10-12h。

优选的，步骤(2)中，低温下老化参数为：老化温度为40-50℃，老化时间为16-18h；高温老化参数为：老化温度为90-120℃，老化时间为19-23h；烘干温度为50-60℃，烘干时间为12-14h。