[发明专利]一种锂硫电池正极宿主材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种锂硫电池正极宿主材料及其制备方法和应用。所述锂硫电池正极宿主材料为核壳结构，所述核壳结构的核为钴金属有机框架，所述核壳结构的壳为有机配体掺杂的双金属氢氧化物；所述双金属氢氧化物为钴镍氢氧化物和/或钴锌氢氧化物。本发明所述核壳结构的核不仅有利于单质硫的均匀分布，而且石墨化程度高、导电性强；所述核壳结构的壳，提供了大的吸附表面积，同时壳结构片层上嵌入的大量细小的双金属氢氧化物也提供了大量的极性吸附位点，能够有效地吸附多硫化锂，抑制充放电中间产物多硫化物的穿梭效应，从而有效提高锂硫电池的循环稳定性。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，具体涉及一种锂硫电池正极宿主材料及其制备方法和应用。

背景技术

在众多目前研究的电池中，含硫正极材料以其高放电比容量成为所有正极材料中最具有发展潜力的一种。基于单质硫较高的比能量和低廉的价格，单质硫作为锂硫电池正极材料相对别的正极材料具有不可替代的优势。然而单质硫低的电子导电率和聚硫离子的高溶解度所造成较快的衰减和较低的活性物质利用率，促使人们寻找合适的载硫主体来改善这一问题。负载极性金属基化合物的分级多孔石墨化碳质材料因其本身具有良好的电子导电性和丰富的孔道结构来装填单质硫，同时极性的金属基化合物能够有效的化学锚定中间产物多硫化锂而成为理想的锂硫电池正极宿主材料之一，锂硫电池已被广泛认为是最具发展前景的下一代高比能二次电池。尽管锂硫电池有诸多优点，但也存在一些问题：一是活性物质硫和其放电产物硫化锂导电性差；二是充放电中间产物多硫化物的“穿梭效应”将进一步导致活性物质的流失以及对锂负极的“腐蚀”；三是硫在充放电过程中体积变化较大。这些问题阻碍锂硫电池的进一步发展。

CN110627136A公开了一种3D-NiO/Co₃O₄/CNT/S复合材料的制备方法，该方法通过将三维有序的金属有机框架进行Ni置换，然后自生长碳纳米管，再与S粉复合，即得到3D-NiO/Co₃O₄/CNT/S复合材料。然而，这种制备方法得到的3D-NiO/Co₃O₄/CNT/S复合材料表面的石墨化程度较低，能量密度普遍偏低，且这种方法往往存在工艺流程复杂，耗能耗时，不利于规模化生产的缺点。

因此，如何提高锂硫电池正极活性物质利用率和循环寿命以及改善倍率性能成为锂硫电池的研究热点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂硫电池正极宿主材料及其制备方法和应用，所述锂硫电池正极宿主材料为核壳碳层石墨化程度不同的多孔钴镍金属基微米花(GC-Co@DC-LDO CPs)，将其作为锂硫正极宿主材料和硫复合后制得的正极材料所组装的锂硫电池表现出优异的电池性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种所述锂硫电池正极宿主材料为核壳结构，所述核壳结构的核为钴金属有机框架，所述核壳结构的壳为有机配体掺杂的双金属氢氧化物；

所述双金属氢氧化物为钴镍氢氧化物和/或钴锌氢氧化物。

在本发明中，所述核壳结构的核为丰富的均一的介孔碳内核，所述核壳结构的壳为二维褶皱纳米缺陷碳片构成花状外壳。

在本发明中，所述锂硫电池正极宿主材料的核壳碳层石墨化程度不同的多孔金属基微米花(GC-Co@DC-LDO CPs)。其中，所述核壳结构的核为钴金属有机框架，钴金属有机框架为丰富的均一介孔结构，这种结构有利于单质硫的均匀分布，而且钴金属有机框架的石墨化程度较高，石墨化程度较高的碳基配体和分散的钴颗粒能协同增强锂硫电池正极宿主材料的导电性；所述核壳结构的壳为有机配体掺杂的双金属氢氧化物，所述有机配体掺杂的双金属氢氧化物为二维褶皱纳米缺陷碳片构成花状外壳，提供了大的吸附表面积，同时片层上嵌入的大量细小的双金属氢氧化物也提供了大量的极性吸附位点，能够有效地吸附多硫化锂，抑制充放电中间产物多硫化物的“穿梭效应”。