[发明专利]一种硫/氮化钴/多孔碳片/碳布自支撑锂硫电池正极材料制备方法

摘要

一种硫/氮化钴/多孔碳片/碳布自支撑锂硫电池正极材料制备方法，属于新能源材料电化学储能领域。这种制备方法使用金属有机骨架化合物为前驱体，碳布为载体，金属有机骨架化合物垂直均匀生长在柔性的碳布上，通过碳化氮化等处理得到氮化钴颗粒镶嵌的纳米碳片，且该多孔纳米碳片以垂直生长方式负载于碳布的纤维表面之上，作为锂硫电池正极材料展现出良好的电化学性能。该复合型自支撑锂硫电池电极材料具有发达的孔隙结构，大幅度缩短了离子、电子和电解液等物质的扩散距离，纳米级尺寸的氮化钴颗粒对多硫化合物兼具吸附和催化转化多硫化物的作用，因此，多硫化物的溶解和穿梭得到有效的抑制，同时碳布显著增强材料的导电能力，具有广泛的应用前景。

主权项

1.一种氮化钴/多孔碳片/碳布自支撑锂硫电池正极材料制备方法，其特征在于，该制备方法按照如下步骤进行：（1）首先将碳布分别用丙酮和乙醇溶液超声清洗，放入氧化性酸中表面氧化处理12小时，利用乙醇和去离子水反复清洗至pH=6.8‑7.2; 所述氧化性酸包括浓硫酸、次氯酸、高锰酸、亚硝酸、浓硝酸中至少一种；（2）将步骤（1）中得到的碳布浸渍在适量六水合硝酸钴和有机配体混合溶解的溶剂中，所述有机配体包括均苯三酸、2‑甲基咪唑、对苯二甲酸、2‑硝基咪唑中至少一种，有机配体溶液浓度为0.01‑1 M，有机配体与六水合硝酸钴的摩尔比为0.01‑5.0，静置晶化时间为1‑24小时；所述溶剂包括水、乙醇、甲醇中的一种或混合液，静置晶化生长一段时间，将碳布取出利用乙醇和去离子水反复清洗碳布多次；（3）将步骤（2）中得到的金属有机骨架化合物‑碳布复合材料在不同温度下进行热处理，依次通入氮气、空气和氨气，在氮气气氛热处理温度为300‑1000℃，处理时间为0.5‑5小时，升温速率为1℃/min‑10℃/min；空气气氛煅烧温度为200‑600℃，煅烧时间为0.1‑4小时，升温速率为1℃/min‑10℃/min；氨气气氛处理温度为400‑800℃，处理时间为1‑10小时，升温速率为1℃/min‑10℃/min；最终得到氮化钴/多孔碳片/碳布的复合材料；（4）将（3）中得到的复合材料浸渍于升华硫的二硫化碳溶液，浸泡0.05‑1小时，40℃烘箱中烘干12小时；将材料导入密闭不锈钢反应釜中，以10℃/min的升温速率，将温度升至155℃保温12小时，得到硫/氮化钴/多孔碳片/碳布复合材料柔性电极；（5）将制备得到的自支撑电极剪裁得到1×1 cm 大小的锂硫电池正极片，组装成锂硫电池，测定其电化学性能；以锂片作为电池的负极，聚丙烯为隔膜，所使用的电解液为溶解于体积比 1:1的 1,3‑二氧戊烷和乙二醇二甲醚溶剂中浓度为 1mol L‑1的双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶液，并加入2wt%的硝酸锂作为添加剂，在充满氩气的手套箱中对于电池进行组装，电池型号为CR2025型扣式电池；采用电池测试仪对电池进行性能测试，充放电电压限制在1.7‑2.8 V。