[发明专利]α-Ni(OH)2

说明书

本发明公开了一种α‑Ni(OH)₂@S@PANI硫正极复合材料及其制备方法。该α‑Ni(OH)₂@S@PANI硫正极复合材料由内至外依次包括：核层、内壳层和外壳层；其中，核层为聚苯胺空心纳米颗粒，内壳层为硫，外壳层为α‑氢氧化镍。本发明以聚苯胺空心纳米颗粒为核层、硫为内壳层、α‑氢氧化镍为外壳层制备高性能的硫复合正极材料，该电极材料结合了制备简便、催化转化、物理/化学限域以及中空结构的优点对硫正极进行有效设计，所得锂硫电池具有比容量高、循环性能好、倍率性能佳等优点，在移动通讯和便携数码产品、电动汽车、储能设备等相关领域具有广阔的应用前景；整个工艺方法简单，反应条件温和且环境友好，易于工业化大规模生产。

技术领域

本发明涉及电极材料合成技术领域，尤其是涉及一种α-Ni(OH)₂@S@PANI硫正极复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对能源的要求越来越多。但地球上的化石燃料日益减少。因此人们想寻求能够代替化石燃料的新的清洁能源。锂硫电池因其材料理论比容量和电池理论比能量分别高达1675mAh/g和2600Wh/kg，远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池(150mAh/g)，单质硫储量丰富，适合未来大规模的应用，已逐渐引起了人们的关注。但以单质硫为正极材料的锂硫电池也具有一些缺点阻碍了其商业化的步伐，具体表现在以下几个方面：

(1)电化学转化动力学缓慢。硫以及其放电产物Li₂S或Li₂S₂是电子绝缘体，这会降低反应动力学速率，最终导致锂硫电池的倍率性能较差。

(2)放电中间产生的多硫化物中间体易溶于醚类的电解液中，这部分溶解的多硫化物随着放电的进行会逐步扩散出正极区域，穿过隔膜到达负极区，在锂片表面生成不导电的短链的硫化物。在充电的时候一部分硫化锂会迁移回正极区域，进而被电化学氧化形成硫单质。这个过程叫做“穿梭效应”。锂硫电池中的“穿梭效应”会导致正极活性物质在循环过程中损失，最终导致电池容量较快的衰减；此外“穿梭效应”的存在也导致了锂硫电池库伦效率低下。

(3)膨胀效应导致电池体积的变化。硫和硫化锂的密度分别为2.07和1.66g/cm³，在充放电过程中有高达79％的体积膨胀/收缩，这种膨胀会导致正极形貌和结构的改变，导致硫与导电骨架的脱离，从而造成容量的衰减；这种体积效应在大型电池中尤为明显，巨大的体积变化会破坏电极结构，产生显著的容量衰减，有可能导致电池的损坏。

因此，提高硫正极的导电性、抑制穿梭效应、缓冲体积膨胀产生的应力，是防止锂硫电池快速衰减、提高电池循环稳定性的关键。中国专利CN106450203A公开一种金属氧化物/导电聚合物双重修饰的硫复合正极材料的制备方法，其通过在空心纳米硫外层包覆聚苯胺，利用高温硫化处理，使聚苯胺和硫之间产生强烈的化学键，抑制聚硫化合物的散失，提高电池循环的稳定性；随后包覆氢氧化镍，提高复合正极材料的浸润性和离子传输效率，进一步提高锂硫电池的电化学性能。但是通过该方法制备的正极材料循环200次后，0.2C放电容量由1220mAh*g^-1降至828mAh*g^-1，循环性能仍然有待提升。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种α-Ni(OH)₂@S@PANI硫正极复合材料及其制备方法，解决现有技术中硫正极材料循环性能差的技术问题。