[发明专利]一种高性能锂硫电池复合集流体的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种高性能锂硫电池复合集流体的制备方法及其应用，属于电池材料制备技术领域。本发明采用简单化学合成方法，将纳米金属片NiCo2O4与碳纳米纤维进行结合，一方面，利用金属氧化物具有极性的特点，将反应中产生的多硫化物固定于电池正极，解决了碳纳米纤维极性弱，无法吸附多硫化物的技术问题，提高了电池稳定性；另一方面，利用NiCo2O4金属纳片接触位点多，电子导通能力强的优势，加快电子传导，提高电池中电化学反应的反应速度，相比于传统集流体，单位容量提高了70％，循环稳定性提高了100％，将该集流体为基础制备锂硫电池，具有较高的倍率性能以及容量。

技术领域

本发明属于电池材料制备技术领域，具体涉及一种高性能锂硫电池复合集流体的制备方法及其应用。

背景技术

发展新能源汽车是缓解中国能源压力、应对气候变化、促进汽车业与交通运输业可持续发展的重要举措。近年来，我国石油消费对外依存度高达60.6％，能源安全，尤其是油气资源的安全，已经成为我国经济发展的重大隐患，大力发展可再生能源是实现我国汽车工业转型的必由之路，也是维护我国能源安全的战略选择。然而，可再生能源的不可控和不稳定性，需要配套使用可靠的储能电池。传统锂离子电池作为目前最成功的储能装置之一，受自身储存容量的限制，仍难以满足未来动力电池对储能电池高比容量和高能量密度的要求。因此，开发高性能的锂离子电池是发展新能源汽车的必要途径。

锂硫电池(Li-S)的理论比容量高达1675mAh/g，理论比能量达到2600 Wh/kg，是传统磷酸铁锂电池的五至十倍，且硫本身具有无污染，低成本的特点，使得Li-S电池已成为当前国际研究热点，被认为是未来新能源车用动力电池的理想选择(Nature Mater.8,500,2009)。然而，多硫化物的溶解造成正极材料损失，以及多硫化物穿过隔膜造成的穿梭效应(Nature Mater.11,19，2012)等，都使得锂硫电池的循环稳定性很差，远达不到实际使用的要求，商业化锂硫电池发展较为缓慢。

作为锂硫电池重要组成部分之一的集流体受到了许多研究人员的关注。目前，Li-S电池多使用铝箔作为集流体，因其具有重量轻、价格便宜等优点；但铝箔功能化单一，无法承受较高的负载，作为Li-S储能电池的集流体存在天然的局限性。3D集流体如碳布、泡沫镍等由于存在大量网状空间，能够为硫提供大量的接触面积，因而，使用其生产高负载的储能电池成为可能。但3D集流体由于本身不具有吸附极性多硫化物的的特点，在电池循环过程中产生的多硫化物极易从集流体中溶出，造成明显的容量损失；并且，传统3D集流体导电能力较差，无法满足快速的电池反应。

发明内容

针对背景技术所存在的现有集流体不能同时解决高硫负载和多硫化物引起的穿梭效应等问题，本发明的目的在于提供一种高性能锂硫电池复合集流体的制备方法及其应用。本发明采用简单化学合成方法，将纳米金属片NiCo₂O₄与碳纳米纤维进行结合，一方面，利用金属氧化物具有极性的特点，将反应中产生的多硫化物固定于电池正极，解决了碳纳米纤维极性弱，无法吸附多硫化物的技术问题，提高了电池稳定性；另一方面，利用NiCo₂O₄金属纳片接触位点多，电子导通能力强的优势，加快电子传导，提升电池中电化学反应的反应速度，进而提高电池的倍率性能以及容量。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高性能锂硫电池复合集流体的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将镍源、钴源、和反应添加剂加入到去离子水中，超声混合后，得到溶液A；

步骤2：将3D集流体浸泡于浓硫酸与双氧水的混合溶液B中，超声后用去离子水冲洗，得到清洗后3D集流体；

步骤3：将清洗后的3D集流体和溶液A共同置于反应容器中，在140～150℃油浴中加热5～6h反应，生成NiCo₂OH；