[发明专利]一种锂硫电池用LDH基氧化物包覆硫颗粒复合正极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂硫电池用LDH基氧化物包覆硫颗粒复合正极材料及其制备方法，属于新一代能源材料领域。采用方法的要点是将金属Ni与Sn的盐溶液与尿素与表面活性剂混合，通过一定温度下搅拌得到NiSn‑LDH，经过管式炉氧化得到LDH基氧化物，最后通过热熔融载硫获得一种用LDH基氧化物包覆硫颗粒的复合材料，应用于锂硫电池正极。本发明工艺简单、成本低廉，所制备的复合正极材料用于锂硫电池具有能量密度高、循环性能好、倍率性能佳等优点，在储能相关领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种电池正极材料的制备方法，具体涉及一种锂硫电池用LDH基氧化物包覆硫颗粒复合正极材料及其制备方法，属于新一代能量存储领域。

背景技术

随着能源结构变革，化石能源的不断消耗引发人类对绿色清洁能源的广泛关注，这极大地刺激了新一代储能器件的开发应用。近年来，锂硫电池因具有高比容量(1675mAh/g)和高能量密度(2600Wh/kg，是锂离子电池(≈360Wh/kg)的7倍左右)以及单质硫(正极活性物质)无毒、成本低、储量丰富等优势，在电动汽车、无人机、军用便携式电源、储能系统等领域有着广阔的应用前景。

尽管锂硫电池在能量密度和成本上有较大优势，但仍存在很多难以解决的问题，特别是硫正极存在的问题，阻碍了锂硫电池的大规模应用。锂硫电池存在的问题主要有:①固态单质硫和最终放电产物的绝缘性；②中间产物多硫化锂(Li2Sn，4≤n≤8)在电解液中的溶解；③充放电过程中多硫化物在正负极之间发生“穿梭效应”；④硫正极在循环过程中发生体积膨胀；⑤硫负载量低制约了电池能量密度的提升；⑥金属锂作为负极导致的“锂枝晶”问题。这一系列的问题导致了锂硫电池在充放电过程中库伦效率低、循环寿命差和容量衰减严重，从而制约了锂硫电池的进一步市场化。

为解决上述问题，研究者们对正极材料进行了一系列的改性，比如引入极性材料限制多硫化物穿梭，减少活性材料的损失；提高电极材料的电导率，增大活性材料的利用率等。这些方法很大程度上改善了传统的硫电极的放电比容量、循环性能及倍率性能。但是，对于锂硫电池的工业化生产，简单、低成本的制备具有长寿命、高比容量、高倍率性能的新型锂硫电池正极材料仍是关键。在锂硫电池正极材料制备领域，中国专利(CN 111211312A)“一种锂-硫电池正极材料及其制备方法”中，通过溶剂热法制备前驱体Fe-MOFs材料，然后将Fe-MOFs-乙醇溶液与钴源、尿素溶液混合，得到Co-Fe LDH材料；以此为载体进行载硫，得到一种中空结构锂-硫电池正极载体；中国专利(CN 109378449 A)“用于锂硫电池正极材料的NiCo2S4包覆多孔碳骨架的制备方法”中利用氮掺杂的多孔碳骨架对ZIF-8为载体制得的NiCo-LDH进行包覆，随后将其硫化，得到C@NiCo2S4材料，对其载硫，得到一种锂硫电池用正极材料；中国专利(CN110828808A)“一种锂硫电池正极材料的制备方法及应用”以ZIF67cube和Ni(NO3)2·6H2O为原料，利用溶剂热法合成具有NiCo-LDH层状结构的Ni-ZIF67cube材料，并通过CVD法制备得到钴镍双金属氧化物/碳纳米管复合材料，与硫复合得到一种锂硫电池正极材料。截止目前，还未见到利用NiSn-LDH作为模板或改性材料，制备锂硫电池正极材料的相关工艺技术。

发明内容

为解决锂硫电池的现存问题，本发明的目的是提供一种锂硫电池用LDH基氧化物包覆硫颗粒复合正极材料及其制备方法，制备简单，性能优异且有望实现大规模工业化批量化生产。该材料可有效地解决锂硫电池正极材料活性硫的损失和穿梭效应的问题，提高电池的循环稳定性，提供一种简单有效的制备锂硫电池正极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是采用以下步骤：

1)将一定量的NiCl₂·6H₂O，SnCl₄·5H₂O，尿素、SDS加入去离子水中，30～50℃磁搅拌1～2h，然后将混合液转移到65～95℃油浴中，进一步反应4～8h，获得浆料通过微孔膜过滤，干燥12h，固体研磨，水和乙醇反复洗涤过滤去除表面活性剂，烘箱干燥12h，得到NiSn-LDH；