[发明专利]一种锂硫电池正极材料的制备方法及应用

权利要求书

1.一种锂硫电池正极材料的制备方法，所述正极材料为一种具有球状三维多层结构的Ti₃C₂/ZIF-67/S正极材料，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，液相刻蚀法制备Ti₃C₂分散液

将MAX相Ti₃C₂Al粉末缓慢加入去离子水中，超声分散均匀，随后在磁力搅拌作用下，缓慢滴加HF溶液，持续磁力搅拌12h-48h后，等待反应体系静置分层，并对其沉淀产物使用去离子水和无水乙醇反复高速离心清洗，至剩余液体为中性时停止，得到Ti₃C₂分散液；

第二步，制备ZIF-67粉末材料

将六水合硝酸钴溶于甲醇中制得溶液A，然后将2-甲基咪唑溶解在甲醇中制得溶液B，将A、B两种溶液等体积混合并在室温下搅拌4h-12h，通过离心收集所得的紫色沉淀物，随后用甲醇离心清洗5次，用无水乙醇离心清洗2次，最后在60℃下真空干燥24小时，得到ZIF-67粉末材料；

第三步，制备Ti₃C₂/ZIF-67复合材料

将上述第二步中制备的ZIF-67粉末，缓慢倒入磁力搅拌中的Ti₃C₂分散液中，持续搅拌1h，并超声分散1h-3h，得到分散均匀的Ti₃C₂/ZIF-67溶液；将Ti₃C₂/ZIF-67溶液进行喷雾干燥，得到Ti₃C₂/ZIF-67复合材料；

第四步，制备Ti₃C₂/ZIF-67/S复合正极材料

将上述第三步制得的Ti₃C₂/ZIF-67复合材料和纳米硫粉放入玛瑙研钵，研磨20-40分钟至混合均匀，其中，Ti₃C₂/ZIF-67复合材料和纳米硫粉的质量比例为1：3，将玛瑙研钵移至通风橱内，逐滴滴加CS₂，同时使用研磨反复研磨均匀；将研磨完成后的物料在氩气氛围下放入聚四氟乙烯反应釜内胆中进行反应，反应结束后冷却到室温，即得到Ti₃C₂/ZIF-67/S复合正极材料。

2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述第一步中MAX相Ti₃C₂Al粉末与去离子水的质量体积比为1g：100-300mL。

3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述第一步中HF溶液浓度为10wt％-wt50％，所述的HF溶液体积用量为去离子水体积的50％。

4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述溶液A中六水合硝酸钴的浓度为11.6g/L，所述溶液B中2-甲基咪唑的浓度为13.12g/L。

5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述第三步中Ti₃C₂溶质与ZIF-67粉末用量比例为1:1-10。

6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述第三步中，喷雾干燥雾化温度为150℃-250℃，压力为600-1000Pa。

7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述第四步中CS₂用量由纳米硫粉质量决定：1g纳米硫粉使用5mL CS₂。

8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述第四步中聚四氟乙烯反应釜内反应温度为150℃-160℃，反应时间为8-14h。

9.根据权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到的Ti₃C₂/ZIF-67/S正极材料在锂硫电池中的应用，其特征在于，将制得的Ti₃C₂/ZIF-67/S正极材料、科琴黑和粘结剂聚偏氟乙烯PVDF按照质量比8:1:1混合，玛瑙研钵中研磨1-3小时，滴加N-甲基吡咯烷酮，使得物料完全溶解为止，再继续研磨20-50分钟，得到黑色浆体，使用自动浆料涂覆机，将其涂覆在涂碳铝箔上，涂覆厚度为10-100μm，55℃-65℃下真空干燥8-14h，得到Ti₃C₂/ZIF-67/S正极片；对烘干后的Ti₃C₂/ZIF-67/S正极片进行剪裁；以所得Ti₃C₂/ZIF-67/S正极片作为正极、金属锂片为负极，使用LiTFSI浓度为1M的混合溶液作为电解液，混合溶液的溶剂是由DOL和DME混合而成，DOL与DME的体积比为1:1；在Ar气氛下进行电池组装，得到扣式锂硫电池。