[发明专利]一种锂硫电池正极材料及制备方法和应用

说明书

本发明属于电极制备的技术领域，具体地说是一种锂硫电池正极材料及制备方法和应用。考虑到一维电极材料的高比表面积、高电子导电性，以及在构筑导电网络和缓冲电极体积膨胀方面所具有的优势，因此利用简单的共沉淀法来制备层状多孔结构Zn‑Al双氢氧化物正极材料，该制备方法是一种具备高产量与工业可行性等特点的Zn‑Al双氢氧化物正极材料的制备方法。本发明在Zn‑Al双氢氧化物正极材料中所采用的共沉淀法容易、有效，易于实现Zn‑Al双氢氧化物正极材料制备的大规模和低成本工业化。

技术领域

本发明属于电极制备的技术领域，具体地说是一种锂硫电池正极材料及制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于先进便携式电子产品、电动汽车和储能电站的快速发展，因此迫切需要开发高能量密度、长寿命、低成本的二次电池体系。锂硫电池不仅具有高达2600Wh/kg的理论比能量，而且作为正极材料的单质硫还具有价格低廉、资源丰富以及环境友好等优点，因此，锂硫电池是下一代二次电池开发的重点。

然而，锂硫电池的应用开发遇到了许多问题：首先，单质硫（5×10^-30S·cm^-1）及其放电产物Li₂S是电子和离子绝缘体，硫电极的电化学活性极低；其次，硫电极放电中间产物多硫化锂易溶解在有机电解液中，导致活性物质流失和“穿梭效应”，从而引起电池容量的快速衰退和充放电库化效率的降低；此外，硫电极在充放电过程中巨大的体积变化，还会导致电极机械性能的破坏，加速电池性能的衰退。上述问题严重制约了锂硫二次电池的发展。

发明内容

本发明针对上述锂硫电池存在的问题，提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，考虑到一维电极材料的高比表面积、高电子导电性，以及在构筑导电网络和缓冲电极体积膨胀方面所具有的优势，因此利用简单的共沉淀法来制备层状多孔结构Zn-Al双氢氧化物正极材料，该制备方法是一种具备高产量与工业可行性等特点的Zn-Al双氢氧化物正极材料的制备方法。本发明在Zn-Al双氢氧化物正极材料中所采用的共沉淀法容易、有效，易于实现Zn-Al双氢氧化物正极材料制备的大规模和低成本工业化。

本发明的技术方案是：

一种锂硫电池正极材料，其特征在于：该正极材料由Zn-Al双氢氧化物组成；该Zn-Al双氢氧化物正极材料由纳米片相互连接堆叠而成，呈层状多孔结构；该Zn-Al双氢氧化物正极材料通过共沉淀法直接在含碳铝箔上生长为薄膜。

本发明的另一目的在于提供一种锂硫电池正极材料的制备方法，利用简单的共沉淀法来制备层状多孔结构Zn-Al双氢氧化物正极材料，具体步骤如下：

第一步：前驱体溶液的制备：

将碳酸钠溶解在去离子水中，搅拌30min至完全溶解，得到碳酸钠水溶液，再将碳酸钠水溶液与浓度为1-20moL/L的氨水混合，搅拌30-120min直至充分混合形成均匀的混合溶液A；

第二步：层状多孔结构Zn-Al双氢氧化物的制备：

将大小为30mm×30mm×0.25mm的锌箔和大小为30mm×30mm×0.15mm的含碳铝箔置入上述均匀的混合溶液A中，然后在室温下静置2-6天，在充分反应后从混合溶液中取出含碳铝箔，用去离子水将含碳铝箔洗涤2-10次，最后在50-80℃的烘箱中烘干，得到层状多孔结构Zn-Al双氢氧化物。

本发明中锌箔起提供锌源的作用，产物形成于含碳铝箔上。

本发明的特点还有：

作为优选，第一步中，碳酸钠溶液的质量浓度范围为5-20g/L，优选为15-20g/L，进一步优选为17.8g/L。

作为优选，第一步中，碳酸钠溶液与氨水的体积比为1：1。

本发明的一种锂硫电池正极材料、制备方法等中，所涉及的原材料均通过商购获得。