[发明专利]一种金属氧化物-金属硫化物异质结材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种金属氧化物-金属硫化物异质结材料，其特征在于，其化学式为Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂-MnS₂-Ni₃S₄(0x1)；所述异质结材料通过将金属氧化物前驱体Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂(0x1)直接用作硫的载体材料制成复合物后作为正极，组装成锂硫电池，再调控充电截止电压，使首圈充电截止电压范围设置在3～4.5V，实现金属氧化物Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂(0x1)原位重构而生成。

2.权利要求1所述金属氧化物-金属硫化物异质结及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：金属氧化物Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂(0x1)的制备

(1)将柠檬酸溶于一定量的乙二醇溶剂中室温搅拌均匀，其中柠檬酸与乙二醇按质量比1：(1～8)进行添加；

(2)将一定量的金属Na盐、Ni盐、Mn盐加入步骤(1)的溶液中继续搅拌均匀，其中金属Na盐、Ni盐、Mn盐的按Na、Ni、Mn元素的摩尔比依次为0.67:x:(1-x)进行配比添加；

(3)将步骤(2)所得溶液置于油浴锅中40～80℃搅拌2～48h，然后再升温至100～260℃保温2～48h，得到棕黑色的干凝胶；

(4)将得到的凝胶在高纯氮气或者氩气氛下于管式炉中700～1200℃煅烧1～72h，得到黑色金属色氧化物Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂粉末；

步骤2：Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂@S(0x1)正极的制备

(1)将Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂粉末、碳材料、硫材料按质量比1:(1～5):(1～9)称量混合并研磨均匀；将所得混合料放置在密闭容器中加热至120～300℃保温3～72h，即得到Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂@S复合物；

(2)将Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂@S复合物、碳材料、粘结剂按质量比(6～12)：(1～6)：1研磨混合均匀，加入溶剂研磨形成均匀浆料，所述溶剂的用量以使粘接剂完全溶解并使碳材料均匀分散形成浆料为限；将浆料均匀涂覆在铝箔上或者涂炭铝箔上，在60～80℃下烘干，冷却至室温，得到Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂@S正极；

步骤3：Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂@S锂硫电池的组装

将正极片、负极片、隔膜和醚类电解液密封于电池壳体中构成Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂@S锂硫电池；

步骤4：调控充电电压形成金属氧化物-金属硫化物异质结Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂-MnS₂-Ni₃S₄

将组装的Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂@S锂硫电池首先充电至不同的电压，通过Na_0.67Ni_xMn_1-xO₂本身电化学重构制备金属氧化物-金属硫化物异质结Na_0.67Ni_xMn_1-x-MnS₂-Ni₃S₄；其中，首圈充电电压范围设置在3～4.5V。