[发明专利]一种锂硫电池正极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法。该材料为氮掺杂碳纳米纤维‑碳化共价有机框架材料与纯相纳米硫粉形成的复合材料。将氮掺杂碳纳米纤维‑碳化共价有机框架材料应用于锂硫电池，所得正极材料提高了锂硫电池的循环性能，其高的比表面积和多孔结构吸附电极反应的中间产物多硫化锂，起到固硫的作用；同时材料的导电性能也得到提高。

技术领域

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有单体电池电压高，能量密度高，使用安全、可靠等特点，被认为是新世纪最具有发展潜力的电池之一。锂离子电池的性能很大程度上取决于电池材料的可逆脱/嵌锂容量，正极材料是阻碍高容量锂离子电池发展的瓶颈，而且正极材料也是决定电池安全性能的重要因素。现有锂离子二次电池的主流正极材料包括钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等，虽然主流正极材料在许多领域已经取得广泛的应用，但它们在性能和价格方面各具优缺点，因此电化学工作者对现有正极材料的改进和新型正极材料的研发工作从未停止。对锂离子二次电池正极材料的进一步研发工作，主要集中在提高比容量、提高能量密度、降低成木、提高循环特性和提高安全性等方面进行。

由于现有主流正极材料的理论容量都在200mAh/g以下，要实现上述目标，必须寻找超过

200mAh/g的新材料。相对于上述发生嵌入脱出反应的正极材料而言，基于“转换反应”的电活性材料可以提供高的比容量和高的比能量，在这些材料中，硫被认为是最有前途的材料之一。硫具有多电子还原反应的电化学能力，且硫的原子量较小，因此单质硫具有高达1675mAh/g的理论比容量，锂硫电池的理论电池能量密度可达2600W/kg，远远大于现阶段所使用的商业化二次电池，锂硫电池的工作电压在2.1 V左右，可满足目前多种场合的应用需求。另外，硫资源丰富且价格低廉，在未来化学电源发展中具有应用优势。锂硫二次电池最大的劣势在于其循环稳定性差，研究表明电池放电过程中产生的多硫化锂易溶于有机电解液，溶解于电解液中的多硫化锂扩散到达金属锂负极表面与其发生自放电反应，加速锂的腐蚀，生成无序的多硫化锂为部分不可逆反应，这一系列的问题都导致电极活性物质利用率低和电池循环性能差。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种高比容量的锂硫电池正极材料及其制备方法，将氮掺杂碳纳米纤维-碳化共价有机框架材料应用于锂硫电池，所得正极材料提高了锂硫电池的循环性能，其高的比表面积和多孔结构吸附电极反应的中间产物多硫化锂，起到固硫的作用；同时材料的导电性能也得到提高。

本发明的技术方案为：一种锂硫电池正极材料，该材料为氮掺杂碳纳米纤维-碳化共价

有机框架材料与纯相纳米硫粉形成的复合材料。

所述氮掺杂碳纳米纤维-碳化共价有机框架材料与纯相纳米硫粉的质量比为1：2～5。

一种所述锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备共价有机框架材料：将0.5～1g1，4-苯二胺和0.5～1g1，3，5-均三苯甲醛置于反应管中，加入5～10mL1，4-二氧六环使两者溶解混匀，然后滴加质量分数为10～40%的1～5mL醋酸，而后在液氮冷冻条件下抽真空，赶尽气泡，封管，自然升至室温，然后转移至100～150℃恒温烘箱内反应24～48小时，停止加热，待体系冷却至室温后，打开反应管，离心，洗涤，经索氏提取后，于60℃真空干燥12～24小时，得淡黄色固体；