[发明专利]一种新型锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种新型锂硫电池正极材料的制备方法。该锂硫电池正极材料的制备方法包括以下步骤：(1)制备ZIF‑7Sphere复合材料；(2)制备Quasi ZIF‑7Sphere复合材料。该制备方法所得的正极材料有效提高多硫化物的利用率，显著改善锂硫电池的放电比容量及循环稳定性，克服了现有技术中锂硫电池正极材料活性物质利用率低和穿梭效应等缺陷。

技术领域

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种新型锂硫电池正极材料的制备方法。

背景技术

随着社会的快速发展和经济水平的迅速增长，人们对能源的需求也随之稳步增长。锂离子电池是目前应用最广泛的电池类型，具有能量密度高、自放电率低和使用寿命长等优点，因而具有广阔的应用前景。虽然目前锂离子电池的比容量已接近其理论比容量300mAh﹒g^-1，但仍然无法满足人类生产和生活日益增长的能源需求，尤其是随着便携式电子设备、移动电源和新能源汽车的普及，锂离子电池相对较低的能量密度越发不能满足大型能源存储设备的需求。因此寻求一种能量密度更高、质量更轻、体积更小和循环寿命更长的锂离子电池储能材料成为近期研究的热点之一。

近年来，单质硫和金属锂分别用作电池正极和负极材料的锂硫电池备受国内外研究人员的关注。单质硫作为锂硫电池正极时具有1675mAh﹒g^-1的高理论比容量，显示了其作为储能材料的巨大潜力。

虽然锂硫电池有诸多优势，但仍存在一些缺点：首先，单质硫及其放电产物Li₂S₂和Li₂S的导电性差；其次，由于反应过程中物质的密度发生变化，导致体积膨胀效应；再次，由于多硫化锂的溶解造成穿梭效应。现今锂硫电池存在的上述问题严重限制了其比容量、循环寿命和循环稳定性等性能的提升，若要解决这些相互关联的问题，开发新型锂硫电池正极材料，提高电极材料中活性物质的利用率至关重要。

发明内容

本发明的目的在于针对目前锂硫电池存在的上述缺陷而提供一种新型锂硫电池正极材料的制备方法，该制备方法所得的正极材料有效提高多硫化物的利用率，显著改善锂硫电池的放电比容量及循环稳定性，克服了现有技术中锂硫电池正极材料活性物质利用率低和穿梭效应等缺陷。

本发明的技术方案为：一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备ZIF-7 Sphere复合材料：首先将苯并咪唑溶解在甲苯中，记为A液；然后将六水合硝酸锌溶解在无水甲醇中，搅拌均匀后添加氨水，记为B液；最后将B液加入至A液中，搅拌均匀后移至反应釜中在80～120℃的条件下反应5～7h，将反应产物洗涤、烘干即得ZIF-7 Sphere复合材料；

(2)制备Quasi ZIF-7 Sphere复合材料：将步骤(1)所得ZIF-7 Sphere复合材料在400～500℃和Ar气气氛下煅烧1～3h，所得产物即为Quasi ZIF-7 Sphere复合材料。

所述步骤(1)中苯并咪唑为0.5～1.5g，甲苯为30～50mL；六水合硝酸锌为150～250mg，无水甲醇为15～25mL，氨水为5～7mL。

所述步骤(1)中反应产物采用甲醇离心洗涤3次；在60～80℃下烘干12h。

所述制备方法制得的Quasi ZIF-7 Sphere复合材料为花状结构。通过所述制备方法制备所得的正极材料具有独特的花状结构能够提高材料的比表面积，增大与多硫化锂的接触面积，同时热解之后可为多硫化锂提供丰富的活性位点，从而促进对多硫化锂的吸附和催化转化能力。

本发明的有益效果为：通过本发明所述锂硫电池正极材料的制备方法获得的是Quasi ZIF-7 Sphere复合材料，该复合材料为准-MOF复合材料，利用准-MOF复合材料对锂硫电池进行改性，其多孔结构有利于多硫化锂扩散到活性中心以及产物的脱附；同时，准-MOF可以抑制锂硫电池中多硫化锂的迁移并促进多硫化物的转化。