[发明专利]一种核桃壳衍生多孔碳/镍/硫复合材料及其制备的电池正极材料

说明书

本发明提供的一种核桃壳衍生多孔碳/镍/硫复合材料及其制备的电池正极材料，其中核桃壳衍生多孔碳/镍/硫复合材料的制备方法包括：1)制备核桃壳衍生多孔碳WSAC；2)制备核桃壳衍生多孔碳/镍复合材料：将Ni(NO₃)₂·6H₂O放入具塞锥形瓶中，再加入N,N‑二甲基甲酰胺，相溶后加入WSAC；然后取苯并咪唑与N,N‑二甲基甲酰胺混合后加入到具塞锥形瓶中，密封后在60℃的温度下搅拌；抽滤，将滤饼进行溶剂热反应，水洗和干燥，即可得到Ni‑MOF/WSAC；在氩气氛围下碳化，得到核桃壳衍生多孔碳/镍复合材料Ni‑PC/WSAC；3)制备核桃壳衍生多孔碳/镍/硫复合材料；本发明具有能够有效对多硫化物进行物理限域，化学吸附及催化转化的有益效果，适用于复合电池正极材料领域。

技术领域

本发明涉及复合电池正极材料的技术领域，具体涉及一种核桃壳衍生多孔碳/镍/硫复合材料及其制备的电池正极材料。

背景技术

传统的锂硫电池以硫作为电池正极、金属锂作为电池负极，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别能够达到1675mAh/g和2600Wh/kg，远远高于广泛应用的钴酸锂电池的容量，钴酸锂电池的容量小于150mAh/g；并且硫价格低廉，储存量丰富，对环境友好。但锂硫电池在使用过程中容易出现导电性差、体积膨胀、制备成本高以及中间产物多硫化物的穿梭效应等问题。

近年来，为了解决上述问题，改善电池的循环性能，有人在复合正极材料改性方面进行了大量研究，选用导电性高以及具有一定物理吸附作用的碳材料作为硫载体材料，废弃生物质材料大大降低了制备成本引起了广泛关注。在众多的生物质材料中，如咖啡渣，竹子，樱桃壳等存在孔隙率不高、比表面积低、取材困难等缺陷。此外，非极性碳材料对多硫化物的物理吸附并不能有效的限制其穿梭效应，有人在此基础上引入了极性的催化剂，如掺杂杂原子，负载金属及金属化合物等，通过与多硫化物成键，对其进行化学吸附及催化转化作用，虽然改善了碳材料的非极性特性，有效限制了多硫化物的穿梭效应，但负载在碳材料表面的催化剂容易团聚且当其尺寸较大时使得所提供的活性位点较少，化学吸附作用十分有限，而孔径小，孔隙率低的多孔碳材料对多硫化物的物理限域效果并不显著。

综上所述，在制备硫正极复合材料过程中，或制备成本较高，或将催化剂负载在碳材料表面，或将催化剂载入大的碳孔中，作用较为单一，并不能同时起到物理限域与化学吸附的双重作用。

发明内容

针对相关技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于：提供一种能够有效对多硫化物进行物理限域，化学吸附及催化转化的核桃壳衍生多孔碳/镍/硫复合材料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种核桃壳衍生多孔碳/镍/硫复合材料，包括以下步骤：

1)制备核桃壳衍生多孔碳WSAC；

2)核桃壳衍生多孔碳/镍复合材料的制备：

将0.6～4.8g的Ni(NO₃)₂·6H₂O放入具塞锥形瓶中，再加入40mL的N,N-二甲基甲酰胺，相溶后加入0.3g步骤1)制备的WSAC；

然后分别取0.52～4.16g的苯并咪唑与20ml的N,N-二甲基甲酰胺混合后加入到具塞锥形瓶中，密封后在60℃的温度下搅拌24h；

将搅拌后的材料进行抽滤，然后将滤饼置于聚四氟乙烯内衬的高压釜反应釜内，在170℃的鼓风干燥箱中进行溶剂热反应6～24h，反应结束后进行水洗和干燥，即可得到Ni-MOF/WSAC；

然后在氩气氛围下以5℃/min的升温速率加热至700～900℃碳化0.5～3h，得到核桃壳衍生多孔碳/镍复合材料Ni-PC/WSAC；

3)核桃壳衍生多孔碳/镍/硫复合材料的制备：