[发明专利]一种多层介孔结构钴酸锌微米球负载硫的复合材料及其制备方法、锂硫电池正极及锂硫电池在审

专利信息
申请号: 202010061405.1 申请日: 2020-01-19
公开(公告)号: CN111233049A 公开(公告)日: 2020-06-05
发明(设计)人: 韩阗俐;程孟莹;戚明强;梅本星;刘金云 申请(专利权)人: 安徽师范大学
主分类号: C01G51/00 分类号: C01G51/00;H01M4/13;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0525
代理公司: 芜湖安汇知识产权代理有限公司 34107 代理人: 尹婷婷
地址: 241000 安徽省*** 国省代码: 安徽;34
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摘要:
搜索关键词: 一种 多层 结构 钴酸锌 微米 负载 复合材料 及其 制备 方法 电池 正极
【说明书】:

发明公开了一种多层介孔结构钴酸锌微米球负载硫的复合材料及制备方法、锂硫电池正极及锂硫电池;首先通过水热法获得球状钴酸锌前驱体,再通过退火得到多层结构球状钴酸锌,然后酸洗得到多层介孔结构钴酸锌微米球,最后通过熏硫的方式负载硫颗粒,最终获得多层介孔结构钴酸锌微米球负载硫的半球空心状复合材料;该材料应用于锂硫电池正极材料,具有良好的循环稳定性和较高的比容量;与现有技术相比,本发明制备的材料呈现多孔多层球状结构,独特的多层结构能够负载更多硫颗粒,多孔结构有利于电子传输,缓解充放电过程的体积膨胀,提高电池性能。并且,实验过程简单,原料价廉易获取。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域,涉及一种无机纳米颗粒的制备方法,具体涉及一种多层介孔结构钴酸锌微米球负载硫的复合材料及其制备方法、锂硫电池正极及锂硫电池。

背景技术

由于不可再生能源的日益减消耗、储存量日益减少,而且气候环境日益恶劣、生态系统越来越脆弱,一系列的环境问题,使得太阳能和风能等清洁和可再生能源的需求变得越来越迫切,我们需要研究新型无污染的可再生能源来改变这一现状,来替代目前所使用的能源供应体系。因此,新能源的开发利用是人类不断探究的重要课题。

现阶段,锂离子电池在储能方面表现非常出色,广泛地应用于各个领域,但传统锂离子电池的能量密度已经接近理论极限。与传统锂离子电池相比,锂硫电池具有更高的能量密度和比容量,与人类需求更为贴近。锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池,其理论比能量高达(2600Wh Kg-1)和较高的理论比容量(1675mAh g-1),远高于传统的锂离子电池。硫因在大自然中来源广泛,原材料成本低,在充放电过程中无毒无污染,生物相容性高的优点,使得锂硫电池成为了具有开发前景的新的研究热点,且极具商业价值。

然而,锂硫电池存在一些问题一直阻碍着其实际应用,即单质硫和放电产物(Li2S)的电绝缘性质,充放电过程中体积膨胀严重和中间产物多硫化物在电解质中的溶解造成的穿梭效应,这些问题致使电池中硫的利用率低、循环性能差、容量衰减快、倍率性能差。

发明内容

为解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种多层介孔结构钴酸锌微米球负载硫的复合材料。合理的孔道多层球状结构,有利于锂离子传输,可负载更多的活性物质。

本发明另一目的在于提供一种多层介孔结构钴酸锌微米球负载硫的复合材料的制备方法,利用价格低廉的原料制备得到钴酸锌,再通过稀盐酸进行酸洗,得到钴酸锌纳米材料,之后负载硫获得锂硫电池正极材料。制备工艺简单、产率高、成本低。

本发明还有个目的在于提供一种锂硫电池正极,采用上述多层介孔结构钴酸锌微米球负载硫的复合材料制成。

本发明最后一个目的在于提供一种锂硫电池,其以上述锂硫电池正极为正极。

本发明具体技术方案如下:

一种多层介孔结构钴酸锌微米球负载硫的复合材料的制备方法,包括以下步骤:

1)将丙酮与二甲基甲酰胺混合得到混合溶液,再向其中加入钴盐、锌盐和间苯二甲酸,搅拌混合均匀后,进行溶剂热反应,所得产物经离心、洗涤、干燥,得到球状钴酸锌前驱体;

2)将步骤1)制备的球状钴酸锌前驱体在空气中退火,自然冷却到室温,得到多层结构球状钴酸锌材料;

3)将步骤2)制备的多层结构球状钴酸锌材料,分散在稀盐酸溶液进行搅拌,结束后经离心、洗涤、干燥,得到多层介孔结构钴酸锌微米球材料;

4)将步骤3)制备的钴酸锌材料与硫粉混合均匀,在氩气气氛下熏硫,得到多层介孔结构钴酸锌微米球负载硫的复合材料。

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