[发明专利]一种锂硫电池的正极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种锂硫电池的正极材料的制备方法，具体地，首先制备ZIF‑67纳米材料，再将其与GO/CNTS混合溶液利用喷雾干燥技术制备得到ZIF‑67@GO/CNTS复合材料，并将该复合材料碳化后掺硫作为一种锂硫电池的正极材料。其中，ZIF‑67的制备工艺简单，产量较高，产物形貌好，喷雾干燥可以增加石墨烯与碳纳米管的协同效应，增加样品的导电性能，并使其成球不容易团聚。将喷雾干燥后的ZIF‑67@GO/CNTS碳化则可以使其多孔结构更加的容易载硫，从而提升锂硫电池的容量，并且增强其循环的稳定性。

技术领域

本发明的技术方案涉及由活性材料制成电极，准确的说是一种锂硫电池的正极材料的制备方法。

背景技术

随着科技发展, 便携式电子产品、电动交通工具、航天军工领域都期待具有能量密度更高、工作寿命更长的电池系统。然而，传统的锂离子电池受其理论容量（300mAh/g）的限制，已经无法满足用于长距离运输的电动汽车或者混合动力汽车的要求。锂硫电池作为一种电化学储能系统,具有比能量高、无记忆效应、循环稳定性好的优点。随着新型清洁能源的开发和利用,特别是电动汽车的发展,对电池能量密度提出了更高的要求。锂硫电池在理论上具有2600W·h/kg的质量比能量和2800W·h/L的体积比能量，且材料成本低廉、环境友好，可以满足很多新兴技术的要求。

但是，锂硫电池较差的循环性能与倍率性能限制了其工业化应用，因为锂反复的嵌入脱出会导致这类电极在充放电过程中发生较大的体积变化,破坏电池结构，致使电极逐渐粉化失效,使电池循环性能较差。为了克服金属氧化物电池性能快速衰减的劣势，纳米化技术为解决性能衰减提供了极大的可行性方案。但是其在产业化开发过程中尚存在产量较小，制备方式复杂等诸多技术难题，为了提高电池的储电能力和安全性，研究人员开发出更高效的纳米复合材料作为电池正极。而纳米复合材料在充放电过程中绝对体积变化较小,电极结构有较高的稳定性。同时纳米材料的比面积很大,且存在大量的晶界,这些结构上的特点有利于改善电极反应的动力学性能。

ZIF-67是由金属离子Co与咪唑或咪唑衍生物络合成的类分子筛咪唑配位聚合物。与传统的分子筛相比，ZIF-67具有产率较高，形状可调、微孔尺寸、比表面积高、结构和功能多样等一系列优点。而氧化石墨烯是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团，可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子等特性。而碳纳米管是一维纳米材料，其重量轻，六边形结构连接完美，具有许多优越的力学、电学和化学性能。

我们创新性的将GO与CNT混合利用喷雾干燥设备制备出ZIF-67@GO/CNTS复合材料作为锂硫电池的正极材料来改良锂硫电池。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种锂硫电池的正极材料及其制备方法，以克服现有技术的缺陷。具体地，首先制备ZIF-67纳米材料，再将其与GO/CNTS混合溶液利用喷雾干燥技术制备得到ZIF-67@GO/CNTS复合材料，并将该复合材料碳化后掺硫作为一种锂硫电池的正极材料。其中，ZIF-67的制备工艺简单，产量较高，产物形貌好，喷雾干燥可以增加石墨烯与碳纳米管的协同效应，增加样品的导电性能，并使其成球不容易团聚。将喷雾干燥后的ZIF-67@GO/CNTS碳化则可以使其多孔结构更加的容易载硫，从而提升锂硫电池的容量，并且增强其循环的稳定性。

本发明提供的锂硫电池正极材料的制备方法，具体包括步骤如下：

第一步：ZIF-67@GO/CNTS复合材料的制备：