[发明专利]一种氮掺杂碳包覆的二硫化钼/八硫化九钴纳米复合材料的制备方法及制备的电池正极材料

说明书

本发明涉及电池材料领域内一种氮掺杂碳包覆的二硫化钼/八硫化九钴的纳米复合材料的制备方法及其制备的正极材料，具体为：将钴源与二甲基咪唑混合，常温下磁力搅拌，离心分离固相后，洗涤，干燥，得到六面体ZIF‑67微粒；再将前述ZIF‑67微粒的醇分散液和盐酸多巴胺的醇溶液混合后，常温下磁力搅拌反应后，离心分离出固相，用乙醇洗涤，干燥，得到聚多巴胺包覆六面体ZIF‑67纳米微粒；最后将聚多巴胺包覆六面体ZIF‑67纳米微粒分散在葡萄糖水溶液中，依次加入四水合钼酸铵与硫脲，于温度180～220℃，压力2～5 Mpa下水热反应18～24 h，离心分离固相后，乙醇洗涤，干燥，高温退火，得到MoS₂/Co₉S₈@NC复合材料，该材料制备的锂硫电池电极具有导电性能强，比容量高及容量的衰减慢等优点。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，特别涉及一种氮掺杂碳包覆的二硫化钼/八硫化九钴的纳米复合材料的制备方法及其制备的正极材料。

背景技术

目前锂离子电池的最高能量密度已接近极限，但仍不能满足新兴电动汽车，混合动力车和新一代便携式电子设备的要求。为了获得更高的能量密度，新的电化学和新的正极材料的先进电池系统近年来受到了广泛的关注。

锂硫(Li-S)电池以丰富的单质硫为正极材料，因其理论能量密度高、成本低，成为最有前途的下一代储能设备候选正极材料之一，与插层式电化学不同，Li-S电池涉及多电子转移电化学，基于S₈ + 16Li⁺ + 16e^- → 8Li₂S的转换反应，理论比容量为1675 mAh/g，放电平台为2.3 V左右(硫转化为长链多硫化物)和2.1 V（长链多硫化物转化为短链多硫化物），锂硫电池的比能量密度理论值为2567 Wh/kg。然而，锂硫电池的发展受到以下几点的阻碍：(1)硫和放电产物硫化锂的电导率低，(2) 充放电过程中硫转化为多硫化锂 (LiPSs)会发生较大的体积变化（约膨胀80%），(3) 最重要的是在充放电过程中存在着可溶性多硫化锂Li₂S_x的 (4 ≤ x ≤ 8) 穿梭效应，导致活性材料的损失和正极的不稳定。

发明内容

本发明针对现有技术中锂硫电池正极材料电导率低、结构不稳定的问题，提供一种成本低廉、电导率高、电化学性能好的氮掺杂碳包覆的二硫化钼/八硫化九钴纳米复合材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的，一种氮掺杂碳包覆的二硫化钼/八硫化九钴的纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤

（1）制备前驱体ZIF-67：将钴源水溶液与二甲基咪唑水溶液混合，常温下磁力搅拌，离心分离固相后乙醇洗涤，干燥，得到前驱体六面体ZIF-67微粒；

（2）将聚多巴胺包覆六面体ZIF-67：将ZIF-67微粒的醇分散液和盐酸多巴胺的醇溶液混合后，常温下磁力搅拌反应后，离心分离出固相，用乙醇洗涤，干燥，得到聚多巴胺包覆六面体ZIF-67纳米微粒；

（3） 制备MoS₂/Co₉S₈@NC：将聚多巴胺包覆六面体ZIF-67纳米微粒分散在葡萄糖水溶液中，依次加入四水合钼酸铵与硫脲，于温度180～220℃，压力2～5 Mpa下水热反应18～24 h，离心分离固相后，乙醇洗涤，干燥，高温退火，得到MoS₂/Co₉S₈@NC。

进一步地，步骤（1）中，所述钴源为六水合硝酸钴或七水合硫酸钴，所述钴源与二甲基咪唑的物质的量的比为1：（16～100）。

进一步地，所述钴源与水溶液的浓度为0.1～0.2mol/L，所述二甲基咪唑水溶液的浓度为0.25～1.60 mol/L。

进一步地，步骤（1）中，磁力搅拌反应时间为20～30min，醇溶剂洗涤2～4次，真空干燥，得到六面体ZIF-67。