[发明专利]一种用作锂硫电池正极的纳米镍钴硫粒子的制备方法

说明书

本发明涉及一种用作锂硫电池正极的纳米镍钴硫粒子的制备方法，包括：将六水合硝酸钴、六水合硝酸镍和乙酸钠溶解于溶剂中，加入过硫酸钾或过硫酸铵，搅拌，倒入反应釜中反应，冷却，洗涤，离心，干燥，溶于溶剂中，超声，加入九水合硫化钠，倒入反应釜中反应，冷却，洗涤，离心，干燥，即得。本发明简单易行，安全环保，原料易得，成本低，适于大规模生产；制备得到的纳米镍钴硫粒子尺寸小，提高了比表面积，对多硫化物具有良好的固定作用，明显的减弱电池的穿梭效应。另外，相比通常用来固硫的氧化物、二元硫化物，镍钴硫具有良好的导电性。在保证一定比容量的情况下提高了电池的循环稳定性，在解决锂硫电池目前存在的问题这一方面有巨大的潜力。

技术领域

本发明属于离子电池电极材料的制备领域，特别涉及一种用作锂硫电池正极的纳米镍钴硫粒子的制备方法。

背景技术

能源的高效利用和储存一直是能源发展前进中的一大科技难题。在此期间，锂离子电池作为一种高负载、便携的设备进入到人们的生活中，锂硫电池具有很高的理论比容量(1675mAh/g)，远远高出目前的石墨作负极的锂离子电池(372mAh/g)，因此成为很有前景的下一代储能设备。然而，锂硫电池除了具有传统锂离子电池的缺点外，还有更为严重的问题：金属锂在充放电过程中会逐渐生成锂枝晶，最终刺穿隔膜导致电池短路；由于使用的是金属锂，故对电池的密封性能要求很高；放电中间产物多硫化锂能溶于电解液中，并在充放电过程中随着电解液到达负极与金属锂发生反应，导致电池性能严重衰减；硫单质是绝缘体，电池内阻很大；最终产物硫化锂密度小于硫单质，这使得正极体积膨胀，破坏电池结构。目前的解决方案主要是将硫包覆于具有固硫效果的纳米材料中；隔膜改性；电解液改性；使用固体电解质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用作锂硫电池正极的纳米镍钴硫粒子的制备方法，该方法简单易行，安全环保，原料易得，成本低，适于大规模生产，制备得到的纳米镍钴硫粒子可以作为负载新兴的锂硫电池正极，弥补硫单质在导电性能上的缺陷以及减少中间产物的溶解，提升电池的倍率性能和循环稳定性。

本发明的一种用作锂硫电池正极的纳米镍钴硫粒子的制备方法，具体步骤为：

(1)将六水合硝酸钴、六水合硝酸镍和乙酸钠以质量比为1-2:1-2:20-60溶解于溶剂中形成混合溶液，加入过硫酸钾或过硫酸铵，搅拌，得到溶液，其中混合溶液中乙酸钠浓度为0.025-0.075g/mL，乙酸钠与过硫酸钾或过硫酸铵的质量比为10-30:1-2；

(2)将步骤(1)中溶液倒入反应釜中反应，冷却，洗涤，离心，干燥，得到纳米钴酸镍；

(3)将步骤(2)中纳米钴酸镍溶于溶剂中形成纳米钴酸镍溶液，超声，加入九水合硫化钠，倒入反应釜中反应，冷却，洗涤，离心，干燥，得到纳米镍钴硫粒子，其中纳米钴酸镍溶液浓度为0.75-2.25mg/mL，纳米钴酸镍与九水合硫化钠的质量比为1-3:24-32。

所述步骤(1)中搅拌时间为30-60min。

所述步骤(1)、(3)中溶剂均为去离子水。

所述步骤(2)中倒入反应釜中反应具体为：以5-10℃/min的升温速率升温至140-180℃反应6-8h；干燥温度为60℃，干燥时间为12h。

所述步骤(2)、(3)中倒入反应釜中的填充率均为80％；洗涤均为先用去离子水洗涤再用乙醇洗涤。

所述步骤(3)中超声时间为15-30min；倒入反应釜中反应具体为：以5-10℃/min的升温速率升温至90-120℃反应6-14h；干燥温度为60℃，干燥时间为12-24h。

所述步骤(3)中纳米镍钴硫粒子大小在5nm左右。

所述步骤(3)中纳米镍钴硫粒子用作锂硫电池正极，具体为：