[发明专利]一种锂硫电池正极材料的制备方法

权利要求书

1.一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

第一步，聚苯乙烯小球的制备：

利用乳液聚合法制备聚苯乙烯小球；

第二步，三维有序二氧化钛框架的制备：

先将质量百分比浓度为3％的硫酸加入到无水甲醇中，随后加入钛酸四丁酯配制得到溶液，三者的用量按体积比为无水甲醇∶钛酸四丁酯∶质量百分比浓度为3％的硫酸＝6～4∶6～4∶1，将由此配制得到的溶液按与上述第一步制备的聚苯乙烯小球1～3mL∶1mg的比例进行滴加溶液浸渍操作，具体方法是，在通风橱中使用机械泵将抽滤瓶真空抽滤至真空度-0.08～-0.1MPa的条件下，将由此配制得到的溶液滴加到上述第一步制备的聚苯乙烯小球中，边抽滤边滴加，滴加速率为1～3滴/秒，将滴加溶液浸渍操作完成后的聚苯乙烯小球在电热鼓风干燥箱中于60～70℃干燥12～16h，将干燥后的产物放进气氛管式炉中，在流速为100～200mL/min的氩气保护下将该管式炉升温到300～360℃并保温1～2h，然后将该管式炉升温到540～560℃并保温1～2h，再后将该管式炉升温到800～900℃并保温30～60min，上述升温过程中升温速率为1～3℃/min，而后该管式炉停止加热并在流速为100～200mL/min的氩气保护下冷却至室温，即制得块状三维有序二氧化钛框架；

第三步，在三维有序二氧化钛框架内部生长的多金属咪唑型分子筛骨架TiO₂-Co-ZIF-8的制备：

将六水合硝酸锌、六水合硝酸钴和2-甲基咪唑按质量比1∶1∶1～2加入到无水甲醇中，使金属离子浓度达到3～6mol/L，得到多金属咪唑型分子筛骨架Co-ZIF-8的前驱体，将上述第二步制得的块状三维有序二氧化钛框架浸入到该Co-ZIF-8的前驱体中，静置12～16h后取出块状三维有序二氧化钛框架并放入60～70℃的电热鼓风干燥箱中烘干6～10h，即制得在三维有序二氧化钛框架内部生长的多金属咪唑型分子筛骨架TiO₂-Co-ZIF-8；

第四步，TiO₂-CNT-Co@NC的制备：

将上述第三步制得的在三维有序二氧化钛框架内部生长的多金属咪唑型分子筛骨架TiO₂-Co-ZIF-8放入气氛管式炉中，通过CVD法制备TiO₂-CNT-Co@NC，具体CVD工艺为：将管式炉在流速为100～200mL/min的氩气气氛下升温到300～400℃并保温2～3h，而后将管式炉在流速为100～200mL/min的氩气气氛下升温到540～560℃并保温1～2h，之后保持氩气流速并通入100～200mL/min的氢气，在上述氩氢混合气体气氛下将管式炉升温到600～650℃，达到既定温度后关闭氢气，同时调整氩气流速为300～400mL/min并通入30～40mL/min乙炔，保温30～40min，上述升温过程中升温速率均为2～6℃/min，而后将管式炉停止加热并在流速为100～200mL/min的氩气气氛下冷却至室温，取出管式炉中的反应产物并用质量百分比为3％的盐酸腐蚀3～5次去除反应产物中的Zn离子，而后将腐蚀后的物质放入60～70℃的烘箱中烘6～10h，由此通过原位生长获得多孔氮掺杂碳包裹的钴纳米颗粒负载在三维有序二氧化钛框架上，由碳纳米管将二氧化钛框架上的多孔氮掺杂碳包裹的钴纳米颗粒串联在一起组成的材料，标记为TiO₂-CNT-Co@NC；

第五步，S/TiO₂-CNT-Co@NC锂硫电池正极材料的制备：

将第四步制得的TiO₂-CNT-Co@NC和升华硫粉按质量比1∶2.5～3.5混合，于通风橱中使用研钵研磨20～30min，之后边滴加二硫化碳边研磨，直至无升华硫析出，而后将研磨后的粉末放入容积为25～100mL的反应釜内衬中，在手套箱中换气，将从手套箱中取出的反应釜密封严实并放入烘箱中，将烘箱加热到155～165℃并保温12～16h，之后让烘箱自然冷却到室温，在反应釜内衬中获得的粉末即为S/TiO₂-CNT-Co@NC锂硫电池正极材料，其载硫量达到质量百分比70～75％。