[发明专利]一种Fe7

说明书

本发明属于锂硫电池电极材料的制备技术领域，尤其涉及一种Fe₇S₈‑CNTs/S复合锂硫电池正极材料及其制备方法。本发明所述正极材料具有层间的空间结构，所述正极材料中，空心碳纳米管CNTs上附着Fe₇S₈纳米颗粒，得到纳米结构的Fe₇S₈‑CNTs，S均匀负载在Fe₇S₈‑CNTs上。CNTs可以通过物理约束效应限制LiPSs的穿梭，一方面Fe₇S₈通过化学吸附LiPSs有效地抑制“穿梭效应”，另一方面将LiPSs的转换活化能降低到Li₂S₂和Li₂S。由于电极的特殊结构以及CNTs和Fe₇S₈的完美结合，Fe₇S₈‑CNTs/S正极具有出色的电化学性能。总之，本材料是可以应用于锂硫电池正极的兼具吸附作用和高导电特性的新型主体材料。

技术领域

本发明属于锂硫电池电极材料的制备技术领域，尤其涉及一种Fe₇S₈-CNTs/S复合锂硫电池正极材料及其制备方法。

背景技术

经济社会的快速发展和能源消耗的不断增加带来了严重的环境污染和能源危机。传统化石能源以外的风能、太阳能等可再生能源技术，有效缓解了当前的能源短缺。但由于地理环境和自然条件的间歇性特点，这种能源不可能实现可持续供应为了应对这种情况，电化学能源技术，特别是可充电锂硫电池(LSBs)受到了广泛的关注。

锂硫电池(LSBs) 由于其极高的理论能量密度(2600Whkg^-1)在学术界引起了极大的兴趣。高的理论容量(1675mAhg^-1)单质硫完全弥补短缺的相对较低的工作电压(2.2V)。此外，硫的天然丰度和成本效益也为LSBs的大规模应用提供了可能性。不幸的是，不理想的循环寿命长期制约了LSBs的发展，导致其商业化失败。有机电解质中锂多硫化物(LiPSs)中间产物的溶解和从阴极向阳极的迁移导致了其循环稳定性差。此外，溶解的LiPS的迁移即使在贮存和休息状态下也会引起自放电。同时，硫(5×10^-30S cm⁻¹)和硫化锂(Li₂S) (3×10⁻⁷Scm⁻¹)的固有电子绝缘性也导致硫利用率低，脱硫能力差。此外，基于转化机制的硫阴极在放电/充电过程中产生了80%的体积膨胀，导致活性物质粉碎并从集流器脱落。

为了解决上述问题，众多学者已应用了元素掺杂和结构设计等多种策略来改善锂硫电池的诸多问题。通常，导电的碳材料用于增强硫阴极的电导率，而金属极性材料用于改善对多硫化锂的化学亲和力，改善穿梭效应。

在此基础上，可以对硫载体材料进行结构和功能设计。例如利用空心碳纳米管来改善电导率低的问题，掺杂金属化合物来促进氧化还原反应中多硫化物转化。由此，锂硫电池的电化学性能得以提升。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种 Fe₇S₈-CNTs/S复合锂硫电池正极材料，该正极材料以碳纳米管（CNTs）为导电碳材料，铁金属硫化物（Fe₇S₈）为催化剂，CNTs的管壁上附着Fe₇S₈，硫（S）负载在复合材料上。在此结构的基础上，高导电的CNTs既可实现快速高效的锂离子和电子的传输，又对多硫化物有吸附能力。此外均匀分散在CNTs表面的Fe₇S₈可以用作氧化还原过程中的催化剂，从而提高了锂硫电池的电化学性能。

本发明还提供了上述Fe₇S₈-CNTs/S复合锂硫电池正极材料的制备方法，该制备方法简单易操作，制备过程易控制。