[发明专利]由金属有机骨架转化的双金属硫化物/硫颗粒复合材料、制备方法及其应用

说明书

本发明提供了由金属有机骨架转化的双金属硫化物/硫颗粒复合材料、制备方法及其应用，制备方法为：将制备的Zn‑Co‑MOFs/碳布复合材料用硫化钠溶液进行硫化处理，得到ZnCo₂S₄/碳布复合材料，再浸泡在硫的二硫化碳溶液中，干燥后，进行熏硫，得到ZnCo₂S₄/碳布/S复合材料。与现有技术相比，本发明制备的ZnCo₂S₄继承了MOF材料的多孔特性，开放的多孔表面有利于硫颗粒的大量负载，并为硫的体积膨胀提供物理限制，而且ZnCo₂S₄对多硫化物具有很强的吸附作用，可明显抑制锂硫电池的穿梭效应，提高电池的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明属于锂硫电池复合材料技术领域，具体涉及一种由金属有机骨架转化的双金属硫化物/硫颗粒复合材料、制备方法及其应用，用于锂硫电池正极、锂硫电池。

背景技术

当今社会，经济腾飞的背后是化石燃料的大量消耗以及由此带来的环境污染问题，因此发展清洁的能源存储和转化设备迫在眉睫。锂离子电池由于其稳定性好，温度范围广，循环寿命长，自放电率低等优点，在新能源市场得到了广泛的青睐和应用。

然而锂离子电池低的容量密度限制了其进一步的大规模应用，近年来，锂硫电池以其高的容量密度(1675mAh g^-1)受到了学术界的重点研究。另外，锂硫电池的正极活性物质硫本身无毒，且在自然界分布广泛，因此锂硫电池成为了一种最具潜力的电池体系。

目前，锂硫电池还存在着几个需要解决的问题：(1)硫本身的导电性极差，电导率仅有5×10^-30S cm^-1，在电池循环过程中存在很大的阻抗，导致电子传输较慢；(2)存在大约80％的体积膨胀，在充放电过程中，硫的较大的体积变化很容易导电正极结构的粉化崩塌，造成容量的急剧衰减；(3)锂硫电池的“穿梭效应”，放电产物Li₂S_x(x＝4,6,8)可溶解在电解液中，穿过隔膜到达负极与金属锂反应，造成硫的利用率低和容量的不可逆损失。

上述的问题限制着锂硫电池的实际应用，研究者普遍通过将硫颗粒负载在导电性较好的材料上面，如碳基材料(石墨烯，碳纳米管，碳微球等)来增加正极整体的导电性，加速电子的传输。另外，碳基材料的特殊结构也可以在物理上限制硫的体积膨胀。锂硫电池的“穿梭效应”一直是困扰研究工作者的问题，金属氧化物，硫化物，磷化物等对其放电产物存在较大的化学吸附作用，通过与多硫化物中的Li或者S形成极性键来抑制“穿梭效应”。

当前，提高锂硫电池正极的导电性，抑制硫的体积膨胀和放电产物的“穿梭效应”已经成为提高电池循环性能和使用寿命的共识。

提供一种高容量密度，低成本锂硫电池，有利于其早日实现产业化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供由金属有机骨架转化的双金属硫化物/硫颗粒复合材料及其制备方法，通过在碳布上面生长Zn-Co-MOFs材料，然后使用硫化钠溶液进行硫化处理，得到ZnCo₂S₄/碳布复合材料，再浸泡在硫的二硫化碳溶液中，干燥后熏硫，得到由金属有机骨架转化的双金属硫化物/硫颗粒复合材料。

本发明还提供了由金属有机骨架转化的双金属硫化物/硫颗粒复合材料的用于，具体是作为锂硫电池正极的应用。

本发明具体技术方案以下：

由金属有机骨架转化的双金属硫化物/硫颗粒复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将钴盐和锌盐溶解在水中，得到溶液A；

2)将2-甲基咪唑溶解在水中，得到溶液B；