[发明专利]含三维互穿复合碳材料的锂硫电池正极材料及制备方法、含其的正极极片和锂硫电池

权利要求书

1.含三维互穿复合碳材料的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)以平均直径为20nm的多壁碳纳米管为骨架，经过硝酸活化处理后采用原位生长方法在其表面生长ZIF-67纳米多面体，获得CNTs/ZIF-67前驱体；

将多壁碳纳米管均匀分散在体积比为3:1的去离子水、浓硝酸混合溶液中，超声至碳纳米管均匀分散；将所得分散液置于冷凝回流装置中，恒温水浴搅拌，最后用去离子水和无水乙醇反复清洗所得产物并离心收集，干燥，获得活化处理的多壁碳纳米管；

将经过活化处理的多壁碳纳米管置于甲醇中，超声分散均匀，加入Co(NO₃)₂·6H₂O，磁力搅拌后再加入含有2-甲基咪唑的甲醇溶液，继续磁力搅拌后于室温静置，所得产物经无水乙醇清洗数次，离心分离后干燥，获得CNTs/ZIF-67前驱体；

(2)将CNTs/ZIF-67前驱体在氩气气氛中，以2℃/min的升温速率升温至600℃并保温3h进行高温碳化处理，获得CNTs/Co-NC复合碳材料；

采用磷对CNTs/Co-NC复合碳材料进行改性：利用含磷酸的水溶液喷淋CNTs/Co-NC，干燥、焙烧后得到用助剂磷进行改性的CNTs/Co-NC，控制CNTs/Co-NC中P₂O₅含量在0.1-0.5wt％范围内，并使CNTs/Co-NC表面P₂O₅的含量是内部P₂O₅含量的1.1-1.5倍，孔径分布120-160nm，大孔比例45-60％，孔容0.8-2.0ml/g，比表面积250-300m²/g；

(3)按质量比1：4称取上述改性CNTs/Co-NC复合碳材料和单质硫，均匀分散于溶液中，磁力搅拌至溶剂挥发完全，收集产物，其中CNTs/Co-NC：单质硫：CS₂溶液按照0.5-1.0g：2.0-4.0g：15-30ml的比例；

(4)将步骤(3)所得产物置于管式炉中，于氩气气氛下，5℃/min的升温速率升温至155℃，保温10h，获得复合硫正极活性材料。

2.根据权利要求1所述的含三维互穿复合碳材料的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的恒温水浴搅拌，是指置于80℃恒温水浴锅中搅拌6h。

3.根据权利要求1所述的含三维互穿复合碳材料的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的将经过活化处理的多壁碳纳米管置于甲醇中，超声分散均匀，加入Co(NO₃)₂·6H₂O，磁力搅拌后再加入含有2-甲基咪唑的甲醇溶液，继续磁力搅拌后于室温静置，是指将0.3g经过活化处理的多壁碳纳米管置于100ml甲醇中，超声2min分散均匀，加入0.5mol Co(NO₃)₂·6H₂O，磁力搅拌30min后再加入100ml含有2mol2-甲基咪唑的甲醇溶液，继续磁力搅拌2h后于室温静置24h。

4.根据权利要求1所述的含三维互穿复合碳材料的锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的干燥是于60℃真空干燥箱中干燥12h。

5.权利要求1-4任一项所述的含三维互穿复合碳材料的锂硫电池正极材料的制备方法得到的含三维互穿复合碳材料的锂硫电池正极材料。

6.一种锂硫电池正极极片，其特征在于：采用如下制备方法得到：按质量比80:10:10称取权利要求1-4任一项所述制备方法得到的锂硫电池正极材料、超导碳、粘结剂LA133，置于玛瑙球磨罐中，按质量比1:30准备LA133、去离子水，称取去离子水加入到玛瑙球磨罐中，以400rpm转速高能球磨30min，随后将所得浆料均匀涂覆于铝箔上，面密度控制为平均1.55mg/cm²，将上述所得铝箔置于真空干燥箱中，55℃真空干燥24h，待自然冷却后使用裁片机裁成直径为15mm的小圆片，得到锂硫电池正极极片。

7.一种锂硫电池，由包含权利要求6所述的锂硫电池正极极片、隔膜、电解液和金属锂负极极片制成。