[发明专利]三维管状结构二氧化锰负载硫的复合材料及制备方法、锂硫电池正极及锂硫电池

说明书

本发明提供了三维管状结构二氧化锰负载硫的复合材料及制备方法、锂硫电池正极及锂硫电池，与现有技术相比，本发明利用水热法获得放射状的氧化锌三维纳米棒，再通过水热法在氧化锌上生长氧化锰，然后用盐酸将氧化锌洗掉，最后通过熏硫的方式负载上硫颗粒，最终获得二氧化锰负载硫的三维复合材料，产物纯度高，应用于锂硫电池正极材料。本发明有效解决了多硫化物穿梭等难题，提供了一种工艺简单、成本低的复合材料制备方法，获得具有良好的循环稳定性和高的比容量的锂硫电池正极材料。

技术领域

本发明涉及一种新能源材料制备领域，具体涉及三维管状结构二氧化锰负载硫的复合材料及制备方法、锂硫电池正极及锂硫电池。

背景技术

工业革命以来高消耗、高消费的经济增长模式在创造了巨大的物质财富之后也让人类尝到了苦果，不可再生能源存储量日益减少、气候环境日益恶劣、生态系统越来越脆弱。开展具备较高能量密度、长循环寿命、高安全性、绿色环保和低成本的二次电池在新能源领域具有重大意义。

单质硫因其储量丰富、价格低廉、对环境友好、拥有较高的理论比容量(1675mAh/g)和较高的理论比能量(2600Wh/kg)等优点，成为研究热点。锂硫电池体系是锂电池体系中的佼佼者，其重量能量密度远远大于现有的锂离子电池体系。又因其电极材料单质硫价格低廉且资源丰富又对环境友好，使得锂硫电池体系具有很大的商业价值。但是，单质硫本身的导电性能较差，体积变化大，并且在充放电过程中与锂离子形成的多硫化物易溶于有机电解液中，这些不足导致了锂硫电池的循环性能较差，容量低，倍率性能欠佳，制约了锂硫电池的进一步市场化。

发明内容

本发明的目的在于提供三维管状结构二氧化锰负载硫的复合材料的制备方法，先制备得到氧化锌，再通过水热法得到氧化锌/二氧化锰复合材料，负载硫之后获得锂硫电池的正极材料。制备方法简单、成本低、产率高。

本发明还提供了三维管状结构二氧化锰负载硫的复合材料，具有大的比表面积，有利于提高硫负载量和加快电子传输。同时三维空心管状二氧化锰为多硫化物的穿梭效应起到了减缓作用，减少了充放电过程中的活性物质的损失，从而提高了正极材料的电化学性能。

本发明还提供了利用三维管状结构二氧化锰负载硫的复合材料制作的锂硫电池正极。

本发明还提供了利用三维管状结构二氧化锰负载硫的复合材料制作的正极制成的锂硫电池。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供的三维管状结构二氧化锰负载硫的复合材料制备方法，包括以下步骤：

1)将锌盐与碱混匀在水中，得混合溶液，进行水热反应，将产物洗涤干燥，收集，得到氧化锌材料；

2)将步骤1)制备的氧化锌材料与高锰酸钾溶液放入反应釜中，进行水热反应，反应结束后，离心、洗涤、干燥，从而获得氧化锌/二氧化锰颗粒；

3)将步骤2)制备的氧化锌/二氧化锰颗粒加入到的稀盐酸溶液中，磁力搅拌反应，将产物离心、洗涤、干燥，获得空心管状氧化锰颗粒；

4)将步骤3)制备的空心管状氧化锰颗粒与硫粉混合均匀，在氩气气氛下熏硫，得到氧化锰/硫颗粒。

步骤1)中所述锌盐选自六水合硝酸锌；在混合溶液中浓度为0.2-1.0mol/L，优选0.3-0.8mol/L。

步骤1)中所述碱选自氢氧化钾或氢氧化钠中的一种或两种。在混合溶液中浓度为2.0-6.0mol/L，优选2.5-5.0mol/L。

步骤1)中所述水热反应温度为40-70℃，优选45-60℃；所述水热反应时间为4-9小时，优选5-7小时；

步骤1)中所述干燥为真空干燥，温度为30-80℃，优选45-60℃；干燥时间2-18小时，优选2-6小时。