[发明专利]一种制备三维介孔八硫化九钴-碳纳米纤维-硫锂硫电池正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备三维介孔八硫化九钴‑碳纳米纤维‑硫锂硫电池正极材料的方法，首先配制适宜木醋杆菌生长的营养液，移入菌种后生成BC，对BC后续处理得到BC气凝胶；随后，将BC气凝胶和CoCl₂·6H₂O与Na₂S₂O₃·5H₂O进行水热合成，经高温碳化后得到三维网络结构的Co₉S₈/CNF；然后，将Co₉S₈/CNF体系与一定质量比的硫研磨，并在密封烧瓶中进行反应，以实现载硫过程；从而得到三维介孔的Co₉S₈/CNF/S锂硫电池的正极材料。本发明中BC具有超精细网络结构、超高比表面积和孔隙率、其纤维表面富含‑OH官能团、具有生物合成的可调性，且制备方便，绿色环保。而Co₉S₈对Li₂S₄具有较强的吸附能力，可明显抑制电化学过程中Li⁺的损耗。该正极材料Co₉S₈/CNF/S具有较好的电化学优势。

技术领域

本发明属于锂硫电池正极材料技术领域，特别是涉及一种利用绿色环保的生物材料，三维介孔Co₉S₈/CNF/S的锂硫电池正极材料及其制备方法。

背景技术

金属硫化物既具有多孔性又具有极性，可以物理-化学协同作用吸附多硫化锂，现已引起了人们的广泛关注并且被广泛地应用于人们的生活中，如ZnS及MoS₂等。与其它金属硫化物相比，金属硫化物中硫化钴家族也具有良好的热稳定性和导电性。且与介孔TiO₂，纳米结构Ti₄O₇，VulcanC和SuperP比较，Co₉S₈对Li₂S₄的吸附能力最强。但是，Co₉S₈在充放电过程中具有明显的体积膨胀，如果能够获得复杂的三维网络介孔结构，就能有效的抑制充放电过程中Co₉S₈和S₈的体积膨胀。寻找有效的基底材料逐渐引起了人们的关注，如前几年金属有机框架的合成。然而在现有的研究中，从细菌纤维素(bacterial cellucose，BC)天然纳米纤维上获取了制备无机纳米材料模板的新思路还不是特别成熟，通过将金属硫化物与绿色环保的3D网络结构的BC材料结合，不仅可以提高导电性，预留硫化物和活性物质体积膨胀所需要的空间，而且BC表面的-OH，可与S₈和Li₂S_x成键来有效吸附多硫化锂，提高电化学稳定性。这将成为未来技术发展的一项趋势与热点。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种制备三维介孔制备三维介孔八硫化九钴-碳纳米纤维-硫(Co₉S₈/CNF/S)锂硫电池正极材料的方法，采用自制的碳纳米纤维，用水热合成Co₉S₈/CNF/S正极材料，以改善Co₉S₈的电化学性能。本发明制备方法工艺简单、成本低廉，是获得具有优良电化学性能的锂硫电池正极材料的合成方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种制备三维介孔八硫化九钴-碳纳米纤维-硫锂硫电池正极材料的方法，包括以下步骤：