一种基于催化型过渡金属氧化物纳米棒的锂硫电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于催化型过渡金属氧化物纳米棒的锂硫电池正极材料及其制备方法，属于电池材料技术领域。本发明专利技术所述的高比能锂硫电池正极材料由多维碳骨架、过渡金属氧化物纳米棒及单质硫和导电聚合物组成；其中，催化型金属氧化物纳米棒既能作为活性物质的载体，又能催化多硫化物之间的相互转化，加快电池的反应速率，从而减缓穿梭效应并提高电池的倍率性能；同时，多维度碳骨架结构可以保证硫的高利用率而导电聚合物包覆层能抑制正极材料的体积变化和多硫化物的穿梭效应，实现了锂硫电池的高比能和长循环特性。本发明专利技术中制备所述锂硫正极材料的方法工艺简单、成本低且易于规模化生产。生产。生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于催化型过渡金属氧化物纳米棒的锂硫电池正极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种基于催化型过渡金属氧化物纳米棒的锂硫电池正极材料及其制备方法， 属于电池材料


技术介绍

[0002]当前，全世界正面临着严峻的环境问题，化石能源的使用使得大量二氧化碳排放到大气 中，加速了全球气温的升高，进而导致极端天气频发。因此，发展清洁可再生、高效的能源 材料已成为我们的不二选择。在先进能源
，新型二次电池是能量转换与储存的关键 技术环节。二次电池的发展已有一百五十年的历史，从铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池到锂 离子电池、锂硫电池，其发展历程主要体现在提高能量密度，强化环境友好和资源可循环利 用等方面。锂硫电池因其高理论能量密度(2600Wh/kg)、成本低，环境友好，硫资源丰富等 优点而越来越受到关注。然而，锂硫电池的实际应用因循环性能差和低倍率性能而受到阻碍， 这源于反应动力学缓慢、多硫化物的穿梭效应、体积变化、硫物种的导电性差、多步电子转 移、锂金属负极的电化学性能差等。据报道，许多策略可用于锂硫电池的性能的改善，如用 吸附剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于催化型过渡金属氧化物纳米棒的锂硫电池正极材料及其制备方法，其特征在于：所述正极材料由过渡金属氧化物和碳骨架及其内部孔道和表面所附着的硫、以及外表面所包裹的导电聚苯胺所组成；所述催化型过渡金属氧化物由筛选并精确控制反应条件制得；所述碳骨架结构是通过合理选择并配比碳颗粒、碳管、石墨烯得到的；所述附着在碳骨架及其内部孔道中的硫是通过控制反应物配比并经化学反应制得的；所述导电聚苯胺包覆层是由精确控制反应条件得到的；其中，材料中硫的质量分数为80％～92％，碳质量分数为5％～18％，过渡氧化物的质量分数为1～5％。2.一种如权利要求1所述的一种过渡金属氧化物催化高比能锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下，(1)将一共10.0～20.0g的0维碳颗粒及一维碳管和二维石墨烯(置于烧杯中，加入500～1500ml乙醇，300～600ml H2O，在超声条件下搅拌混匀；(2)往步骤(1)中的分散液中加入10～30mL磷酸，并把整个反应装置置于的水浴中保温，随后继续往烧杯中加入20～50mL的苯胺溶液，并搅拌混匀；(3)将8～25.0g过硫酸铵置于烧杯中，加入200～500mL H2O充分搅拌溶解，随后使用蠕动泵将过该硫酸铵溶液泵入到步骤(2)中分散有碳粉的烧杯中，然后再往该分散体系中加入体积分数为50～90％的乙醇溶液2～5L，并保持搅拌；(4)取250～1000mL适量浓度的氯化锰(MnCl2)溶液置于可密封容器中，随后往容器中加入2～20mL合适浓度的双氧水(H2O2)，并搅拌混匀，随后再往混合体系中加入2～15mL一定浓度的氨水溶液，同样搅拌混匀，然后把混合均匀的溶液置于30～180℃烘箱中静置1～7天，过滤溶液，保留滤饼，即得锂硫电池正极材料催化物质过渡金属Mn的氧化物；(5)称取300～500g的Na2S
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9H2O置于适当容器中，加入5～15L H2O搅拌溶解，随后称取100～300g硫粉(S)加入到上述Na2S溶液中，搅拌充分溶解；(6)取300～500mL的浓盐酸并加入600～1000mL H2O充分搅拌溶解；(7)将步骤(4)中所得的过渡金属氧化物球磨之后加入到步骤(3)中所得的分散液中，并混合均匀，随后，同时将步骤(5)和步骤(6)中的两种溶液泵入到步骤(3)中分散有碳粉的体系中进行反应，同时使用水浴控制反应体系温度；(8)反应完成后，对反应体系分散液进行过滤，弃去滤液，保留滤饼，随后对滤饼进行充分洗涤，直至滤液为中性为止；(9)把洗至中性的滤饼置于烧杯中，然后往烧杯中加入乙醇溶液，充分搅拌分散，同时称取100～150g PVP(K
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30或者K
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50)置于烧杯中，加入300～600mL H2O在40～60℃水浴中搅拌溶解；(10)把步骤(8)中溶解完全...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈人杰，张楠祥，赵腾，冯涛，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：