[发明专利]一种锂硫电池正极骨架材料及其制备方法和一种锂硫电池正极材料以及一种锂硫电池

说明书

本发明提供了一种锂硫电池正极骨架材料及其制备方法和一种锂硫电池正极材料以及一种锂硫电池，属于锂硫电池领域。本发明提供的锂硫电池正极骨架材料为掺杂Co、N的中空多孔碳材料，所述中空多孔碳材料为花状结构，花状结构的内部为中空结构，所述花状结构的花瓣为碳纳米片，所述花瓣上附着有Co、N活性位点，所述花瓣为多孔结构。本发明提供的锂硫电池正极骨架材料能够有效缓解活性物质在充放电过程中的体积膨胀；通过Co‑N的双活性位点，有效吸附多硫化物，并加速多硫化物转变为固态的Li₂S₂/Li₂S，从源头上抑制多硫化物的穿梭效应，从而提高正极材料的比容量，倍率性能及稳定性。

技术领域

本发明涉及锂硫电池领域，尤其涉及一种锂硫电池正极骨架材料及其制备方法和一种锂硫电池正极材料以及一种锂硫电池。

背景技术

锂硫电池因其理论比容量和理论能量密度可高达1675mAh/g和2600Wh/kg且兼具环境友好和低成本等优势，被认为是下一代最有应用前景的高能量密度储能器件之一。然而锂硫电池的商业应用仍面临许多严峻挑战，如硫循环过程中的体积效应、多硫化物溶解导致的穿梭效应和缓慢的多硫化物反应动力学等。在锂硫电池高载硫量和长循环的放电过程中，缓慢的多硫化物动力学会使不溶性的Li₂S₂和Li₂S在电极表面明显沉积，造成活性物质硫的不断损失，电池容量衰减严重，从而使电池慢慢失效。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂硫电池正极骨架材料，本发明提供的锂硫电池正极骨架材料具有中空多孔结构，本发明提供的锂硫电池正极骨架材料具有较大的内部空间，有效解决了硫循环过程中的体积效应问题，且本发明提供的锂硫电池正极骨架材料能够提高多硫化物的反应动力学。

本发明提供了一种锂硫电池正极骨架材料，所述锂硫电池正极骨架材料为掺杂Co、N的中空多孔碳材料，所述中空多孔碳材料为花状结构，花状结构的内部为中空结构，所述花状结构的花瓣为碳纳米片，所述花瓣上附着有Co、N活性位点，所述花瓣为多孔结构。

优选的，所述锂硫电池正极骨架材料中氮元素的质量分数为0.1～8％，钴元素的质量分数为0.1～5％。

优选的，所述锂硫电池正极骨架材料的比表面积为100～800m²/g，孔体积为0.1～0.8cm³/g。

本发明还提供了上述技术方案所述锂硫电池正极骨架材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硝酸铝、硝酸钴、间氨基苯磺酸、碱和水混合，得到混合溶液；

(2)将步骤(1)得到的混合溶液进行水热反应，得到层状双金属氢氧化物；

(3)将步骤(2)得到的层状双金属氢氧化物在保护气氛中进行煅烧处理，得到碳化材料；

(4)将步骤(3)得到的碳化材料在酸性溶液中进行浸泡，得到锂硫电池正极骨架材料。

优选的，所述步骤(1)中硝酸铝、硝酸钴和间氨基苯磺酸的摩尔比为1:2～5:5～10，所述混合溶液的pH值为9～11。

优选的，所述步骤(2)中水热反应的温度为50～150℃，时间为2～18h。

优选的，所述步骤(3)中煅烧处理的温度为400～1000℃，升温至煅烧处理温度的升温速率为2～10℃/min，升温至煅烧处理温度后的保温时间为0.5～5h。

优选的，所述步骤(4)中酸性溶液为盐酸溶液，所述盐酸溶液的质量浓度为18％，所述浸泡的时间为0.5～48h。

本发明还提供了一种锂硫电池正极材料，所述锂硫电池正极材料包括上述技术方案所述锂硫电池正极骨架材料或者上述技术方案所述方法制备得到的锂硫电池正极骨架材料。