一种花状结构的NiO-ZnO/S锂硫电池正极材料的制备方法技术

本发明专利技术申请属于电极制备技术领域，具体公开了一种花状结构的NiO‑ZnO/S锂硫电池正极材料的制备方法，(1)称取六水硝酸锌、(Ni(NO

Preparation of a flower like NiO ZnO / s cathode material for lithium sulfur battery

【技术实现步骤摘要】
一种花状结构的NiO-ZnO/S锂硫电池正极材料的制备方法
本专利技术属于电极制备
，具体公开了一种花状结构的NiO-ZnO/S锂硫电池正极材料的制备方法。
技术介绍
可充电电池，包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池等，在过去的几十年里为人类使用便携式电子设备、电动汽车、自行车等提供能源保障。近年来，可穿戴、多功能移动电子设备占据越来越大的市场，成为人们日常生活必不可少的组成部分。由于相关设备不断复杂化、对发展可充电池又提出了新的挑战，需要综合成本，能量密度、功率密度、循环寿命，安全性、环保性等多项指标。在锂离子二次电池体系中，正极材料一直是制约电池发展的瓶颈，其价格、比容量和循环性能都需要进一步优化。传统的过渡金属氧化基正极材料如LiCoO2和LiMn2O4等由于其理论容量的限制，仅靠组成和工艺的改进难以取得突破性的进展。能量的有效转化存储已经成为当今社会发展的主要技术挑战之一，高效储能设备如锂二次电池的研发近年来一直是科学家关注的焦点。作为锂二次电池的一种，锂硫电池因具有较高的理论能量密度(2600Wh/kg)而备受关注。常用的硫正极材料理论比容量高(1675mAh/g)、价格低廉且环境友好,是当前研究的热点之一。现有技术中，虽然硫正极材料有许多优点，但仍存在一些需要解决的问题，比如硫及其反应产物的导电性低，这直接导致锂硫电池容量、效率和倍率性能的下降。锂硫电池在充放电过程中硫会发生体积膨胀/收缩使电极材料易粉化脱落，最终导致电极结构破坏、电池容量衰退和循环寿命降低；放电过程中形成的多硫化锂(Li2Sn,3≤n≤8)易溶于有机电解质溶液,且可穿过隔膜迁移至锂负极，形成不溶的硫化锂，这一过程称为“穿梭效应”。穿梭效应将导致硫电极材料损耗，电池容量衰减和库伦效率降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种花状结构的NiO-ZnO/S锂硫电池正极材料的制备方法，以解决现有技术中锂硫容易发生穿梭效应导致电池容量衰减和库伦效率降低的问题。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种花状结构的NiO-ZnO/S锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)称取1.487g的六水硝酸锌、1.454g的Ni(NO3)2·6H2O、1.501g的尿素、0.185g的氟化铵溶于40ml去离子水，搅拌溶解后转移到的水热反应釜，放入烘箱加热干燥，然后，用水洗涤反应釜中的生成物，离心分离得到固体生成物；(2)将步骤(1)中离心分离所得固体生成物置于真空干燥箱中干燥，干燥后得到前驱体材料；将前驱体放入瓷舟中，然后转移到管式炉中在空气气氛下以2℃/min升温速度至400℃保温3h进行退火处理得到NiO-ZnO；(3)称取步骤(2)中的NiO-ZnO和硫粉,NiO-ZnO和硫粉以1:1-5的质量比混合得混合物，将混合物研磨均匀转移到瓷舟中，并用锡纸包裹；将瓷舟转移到管式炉中，在惰性气体保护下加热干燥,最终得到花状结构的NiO-ZnO/S电极材料；(4)将步骤(3)中花状结构的NiO-ZnO/S电极材料、导电炭黑和PVDF胶黏剂混合均匀，然后将混合物加入N,N-二甲基吡咯烷酮，用高速内旋式打浆机分散浆液，每次一分钟重复5-10次，得到颜色均一的黑色胶状浆料；(5)将步骤(4)中得到的黑色胶状浆料均匀的涂布在事先处理好的铝箔上，置于真空烘箱中干燥，最终得到锂硫电池的电极。进一步，步骤(1)中烘箱内的干燥温度为180℃，干燥时间为6h。进一步，步骤(2)中NiO-ZnO和硫粉的质量比为1:5。进一步，步骤(3)中加热包括第一次加热和第二次加热，第一次加热温度为155℃，保温6h；第一次加热后进行第二次加热，第二次加热至300℃，保温1h进一步，步骤(4)中NiO-ZnO/S电极材料、导电炭黑和PVDF胶黏剂的质量比为7：2：1。进一步，步骤(5)中烘箱中的干燥温度为60℃，干燥时间为12h。本技术方案的工作原理和有益效果在于：(1)本方案中，为了克服锂硫电池的缺点，专利技术人经过多次研究，得到了基于硫正极的复合材料；将硫与各种导电材料(例如碳基材料，聚合物和极性无机复合材料)结合使用是提高了硫阴极材料电导率；(2)本方案中，导电剂还可以通过物理吸附或化学键合防止多硫化锂溶解到电解质中，从而提高锂硫电池的比容量和循环稳定性。附图说明图1是本专利技术一种花状结构的NiO-ZnO/S锂硫电池正极材料的制备方法实施例中花状结构的NiO-ZnO/S、NiO-ZnO和硫材料的X射线衍射(XRD)图谱。图2中(a)为花状结构的NiO-ZnO材料的扫描电镜，(b)为花状NiO-ZnO/S锂硫电池复合电极材料的扫描电镜。图3为花状NiO-ZnO/S锂硫电池复合电极材料的CV曲线。图4中(a)为花状NiO-ZnO/S锂硫电池复合电极材料在0.2C电流密度下的循环曲线，(b)为花状NiO-ZnO/S锂硫电池复合电极材料的倍率曲线。具体实施方式下面通过具体实施方式进一步详细说明：本方案中，一种花状结构的NiO-ZnO/S锂硫电池正极材料的制备，按照以下步骤制备进行：(1)分别称取1.487g六水硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O),1.454g(Ni(NO3)2·6H2O),1.501g尿素(CO(NH2)2),0.185g氟化铵(NH4F)溶于40ml去离子水，搅拌溶解后转移到100ml的水热反应釜，放入烘箱加热至180℃保持温6h。然后，用水洗涤上述反应生成物，除去其中未反应的离子。(2)0将离心分离所得生成物置于真空干燥箱中干燥，干燥后，得到前驱体材料。将前驱体放入瓷舟中，然后转移到管式炉中在空气气氛下以2℃/min升温速度至400℃保温3h进行退火处理得到NiO-ZnO。(3)称取NiO-ZnO和硫粉以1:1-5的质量比混合，本实施例中优选为1:5；研磨均匀转移到瓷舟中，并用锡纸包裹。将瓷舟转移到管式炉中，在氮气保护下加热至155℃保温6h,随后加热至300℃保温1h,得到最终NiO-ZnO/S电极材料。(4)将花状结构的NiO-ZnO/S电极材料，导电炭黑(SuperP)和PVDF胶黏剂以7：2：1的质量比混合均匀，然后将混合物加入N,N-二甲基吡咯烷酮，用高速内旋式打浆机分散浆液，每次一分钟重复5-10次，得到均一的黑色胶状浆料。(5)将上述得到的黑色胶状浆料均匀的涂布在事先处理好的铝箔上，置于真空烘箱中干燥，温度为60℃，干燥时间为12h以制备锂硫电池的电极。将上述制备好的待测电极组装成纽扣电池来评估。以锂箔为参比电极，聚丙烯多孔膜(Celgard2300)为隔膜，电解液为1.0mol/LLiTFSI和0.2mol/LLiNO3与1,3-二氧戊环和1,2-二甲氧基乙烷(w/w，1/1)的混合溶液，在充满高纯氩气的手套箱中进行组装电池。在LAND-CT2001C系统上，在固定电位范围(1.7V-2.8Vvs.L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种花状结构的NiO-ZnO/S锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)称取1.487g的六水硝酸锌、1.454g的Ni(NO

【技术特征摘要】
1.一种花状结构的NiO-ZnO/S锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取1.487g的六水硝酸锌、1.454g的Ni(NO3)2.6H2O、1.501g的尿素、0.185g的氟化铵溶于40ml去离子水，搅拌溶解后转移到的水热反应釜，放入烘箱加热干燥，然后，用水洗涤反应釜中的生成物，离心分离得到固体生成物；
(2)将步骤(1)中离心分离所得固体生成物置于真空干燥箱中干燥，干燥后得到前驱体材料；将前驱体放入瓷舟中，然后转移到管式炉中在空气气氛下以2℃/min升温速度至400℃保温3h进行退火处理得到NiO-ZnO；
(3)称取步骤(2)中的NiO-ZnO和硫粉,NiO-ZnO和硫粉以1:1-5的质量比混合得混合物，将混合物研磨均匀转移到瓷舟中，并用锡纸包裹；将瓷舟转移到管式炉中，在惰性气体保护下加热干燥,最终得到花状结构的NiO-ZnO/S电极材料；
(4)将步骤(3)中花状结构的NiO-ZnO/S电极材料、导电炭黑和PVDF胶黏剂混合均匀，然后将混合物加入N,N-二甲基吡咯烷酮，用高速内旋式打浆机分散浆液，每次一分钟重复5-10次，得到颜色均一的黑色胶状浆料；
(5)将步骤(4)中得到的黑色胶状...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈修栋，张平，占昌朝，汪亚威，曹小华，
申请(专利权)人：九江学院，
类型：发明
国别省市：江西;36