[发明专利]一种氮掺杂多孔碳负载金属镍的锂硫电池正极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于新能源技术电化学储能材料与器件技术领域，公开了一种氮掺杂多孔碳负载金属镍的锂硫电池正极材料及其制备方法与应用。制备方法具体为：取氮掺杂多孔碳材料在氨气流动下吸收水蒸气，然后在乙酰丙酮镍/乙酸乙酯溶液中浸泡，过滤后在氨气中进行煅烧，得到氮掺杂多孔碳负载金属镍的锂硫正极材料。本发明通过氮掺杂多孔碳与金属镍材料在碳孔复合，从而增强对多硫化物的吸附，对硫的载量为1‑5mg/cm²，进而提高锂硫电池的倍率性能和稳定性等。

技术领域

本发明属于新能源技术电化学储能材料与器件技术领域，特别涉及一种氮掺杂多孔碳负载金属镍的锂硫电池正极材料及其制备方法与应用

背景技术

随着电动汽车等大型固定储能装置的快速发展。人们对高能量密度、长循环寿命的可充电电池的需求也日益迫切。理论能量密度高，环境友好的锂硫电池能很好的符合市场的延伸需求。可是锂硫电池难以商业化有两个重要原因：1、硫导电性差，这会造成材料损失和循环稳定性差；2、锂硫化合物易溶解。应对以上难题，常见的办法有：设计新颖的复合纳米结构固定阴极中的硫和优化电极结构；采用固体电解质，并通过直接保护阳极锂表面改性或使用LiNO₃作为电解液促进钝化形成锂/电解液界面；以及开发各种纳米多孔来封装硫化物，从而确保硫粒子纳米尺度，这些复合结构能够增加锂硫电池的循环寿命。

近年来，对于多硫化物类化合物的固定，一些金属材料通过化学吸附比与传统碳材料的吸附能力强得多。因此，人们研究了许多化学吸附剂结合碳载体负载硫，形成了新型的复合纳米材料。但由于纳米复合材料的制备通常是复杂而昂贵的，因此开发一些易于制备的具有高电导率的载体，通过化学机理固定硫/聚硫化物具有重要意义。

目前对于锂硫电池的负极研究已经较为完备，但含硫的正极材料还有很大的发展空间。通过对正极材料进一步的研究可以解决上述问题，从而够得到性能更好的锂硫电池。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种氮掺杂多孔碳负载金属镍的锂硫正极材料的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的氮掺杂多孔碳负载金属镍的锂硫正极材料。

本发明再一目的在于提供上述氮掺杂多孔碳负载金属镍的锂硫正极材料在锂硫电池中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种氮掺杂多孔碳负载金属镍的锂硫正极材料的制备方法，包括以下步骤：

取氮掺杂多孔碳材料在氨气流动下吸收水蒸气，然后在乙酰丙酮镍/乙酸乙酯溶液中浸泡，过滤后在氨气中进行煅烧，得到氮掺杂多孔碳负载金属镍的锂硫正极材料。

所述水蒸气来自于氮掺杂多孔碳材料。

所述氮掺杂多孔碳材料的制备步骤为：

(1)取不同颗粒尺寸的胶体二氧化硅混合均匀后，干燥得到二氧化硅模板；

(2)将步骤(1)所得将二氧化硅模板浸入到间苯二酚/甲醛混合溶液中，于冰水浴中静置；将静置后的混合溶液过滤后干燥，然后进行二次过滤；

(3)将步骤(2)所得二次过滤后的样品在惰性气氛下煅烧，除去二氧化硅后得到氮掺杂多孔碳材料。

步骤(1)所述胶体二氧化硅的尺寸独立地为5～30nm；优选地，所述胶体二氧化硅为7nm和22nm二氧化硅的混合物，质量比为7nm：22nm＝1:10～40；更优选为1.66：32。

步骤(1)所述混合均匀为超声24～48h，干燥时间为5～10天；优选地，超声时间为24h，干燥时间为7天。

步骤(2)所述间苯二酚/甲醛混合溶液中间苯二酚与甲醛的摩尔比为1:0.5～1:10；优选为1:1～1:3；更优选为1:2