一种锂硫电池正极材料及锂硫电池制造技术

本发明专利技术涉及一种锂硫电池正极材料，其特征在于，制备工艺如下：(1)将聚氨酯泡沫板洗涤，干燥；(2)在去离子水中依次加入钴盐、钒源以及尿素、氟化铵、乙二胺四乙酸二钠，混合均匀；(3)步骤(1)的聚氨酯泡沫板加入步骤(1)的混合液中浸泡，水热反应；(4)反应结束后，取出聚氨酯泡沫，将其冷冻干燥；(5)将冷冻干燥后的聚氨酯泡沫在300摄氏度

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池正极材料及锂硫电池


[0001]本专利技术属于电池储能材料
，具体涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电动汽车、便携电子设备的迅速发展，对储能系统的研究得到了越来越多研究者的重视。目前，锂离子电池应用较为广泛，但是理论比容量有限，无法满足目前的需求。锂硫电池由于其较高的理论能量密度(2600Wh kg
‑1)和比容量(1675mAh g
‑1)，且S的低成本，丰富，无毒等优点，成为最具有应用前景的储能二次电池之一。然而，锂硫电池的商业化存在一些技术问题需要克服:(1)硫的导电性差；(2)多硫化锂存在穿梭效应，导致锂硫电池的循环寿命短；(3)在充放电过程中硫容易粉化；研发高性能的正极材料对于改善锂硫电池性能具有重要意义。现有技术CN114195198A公开了公开了Co2SnO4/C/S复合材料及其二氧化钛诱导生长方法、应用，将草本植物经水浴加热得到生物质；生物质经水热得到预碳化的生物质；预碳化的生物质经热处理得到生物碳；向生物碳中添加十六胺、钛酸四丁酯、硝酸钴，经搅拌得到Co
x
O
y
/C复合材料；Co
x
O
y
/C复合材料经热处理的产物与锡源经水热得到Co2SnO4/C复合材料；所得复合材料和硫粉经热处理得到Co2SnO4/C/S复合材料。该复合材料具有良好的导电性和较强的催化能力，在循环过程中正极材料结构不易破坏，可以更加稳定地捕获聚硫化物，有利于提升锂硫电池的循环稳定性。CN114204218A公开一种负载Co3O4空心立方体的锂硫电池用正极侧隔层的制备方法，以聚丙烯腈为原料，经高压静电纺丝方法制备基膜，将基膜浸润到钴盐、氟化铵和尿素的混合液中进行水热反应，再将基膜浸润到硫化钠溶液中，继续水热反应制备具有复杂网络结构且负载Co3O4空心立方体的隔层材料；该隔层具有网络多孔结构，有利于多硫化物的吸附和锂离子及电子的传递，表面负载的Co3O4空心立方体颗粒能够有效吸附截留多硫化物，并促进多硫化物的催化转化，从而缓解锂硫电池的穿梭效应，提高电池循环稳定性、倍率性能和库伦效率；在0.5C电流密度下循环200圈后，比容量为891.8mA h g
‑
1，每圈的容量损失率为0.11％，库伦效率接近100％。但是，现有技术中锂硫电池正极材料的制备工艺繁琐、成本高，且材料形貌不稳定，难以实现商业化应用。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中锂硫电池正极材料制备存在的技术问题，本申请提出一种锂硫电池掺N泡沫碳
‑
Co3V2O8‑
S复合锂硫电池正极材料及其制备方法。
[0004]一种锂硫电池正极材料，其特征在于，制备工艺如下：
[0005](1)将聚氨酯泡沫板采用去离子水和乙醇洗涤，干燥；
[0006](2)在去离子水中依次加入钴盐、钒源以及尿素、氟化铵、乙二胺四乙酸二钠，混合均匀；
[0007](3)步骤(1)的聚氨酯泡沫板加入步骤(1)的混合液中充分浸泡，随后转移到聚四氟乙烯高压反应釜中进行水热反应；
[0008](4)反应结束后，取出聚氨酯泡沫，随后采用去离子水和乙醇充分洗涤，将其冷冻干燥；
[0009](5)将冷冻干燥后的聚氨酯泡沫在300摄氏度
‑
400摄氏度下的惰性气氛下热处理1
‑
2h，得到掺N泡沫碳
‑
Co3V2O8材料；
[0010](6)将掺N泡沫碳
‑
Co3V2O8材料与硫粉混合并研磨均匀，惰性气氛下155℃热处理(10
‑
12)h。制得掺N泡沫碳
‑
Co3V2O8‑
S复合锂硫电池正极材料。
[0011]优选的，钴盐、钒源以及尿素、氟化铵、乙二胺四乙酸二钠的摩尔比为3：2：(2
‑
4)：(2
‑
4)：(2
‑
4)；
[0012]优选的，水热反应的温度为150
‑
180摄氏度，反应时间为12
‑
18h；
[0013]优选的，惰性气氛为氩气。
[0014]技术效果：本申请采用聚氨酯泡沫碳化后的N掺杂泡沫碳骨架作为基体，碳骨架负载强极性短线状材料Co3V2O8，N掺杂的泡沫碳和强极性的Co3V2O8可以利用自身极性两者分别与多硫化物形成化学键，发挥捕获多硫化物的作用；而泡沫碳的高空隙结构则能够储存电解液，提高锂离子的传输速度，并且提高正极材料的导电性，将其负载单质硫作为正极，锂硫电池的比容量和循环稳定性性能得以改善。
附图说明
[0015]图1为本申请N泡沫碳碳骨架上的Co3V2O8的SEM图；
具体实施方式
[0016]实施例1
[0017](1)将2g的聚氨酯泡沫板采用去离子水和乙醇交替洗涤3次，干燥；
[0018](2)在去离子水中依次加入3mmol硝酸钴、2mmol的硝酸钒以及3mmol尿素、3mmol氟化铵、4mmol乙二胺四乙酸二钠，超声混合均匀；
[0019](3)步骤(1)的聚氨酯泡沫板加入步骤(1)的混合液中充分浸泡30min，随后转移到聚四氟乙烯高压反应釜中进行水热反应；水热温度为140摄氏度，反应时间为17h
[0020](4)反应结束后，取出聚氨酯泡沫，随后采用去离子水和乙醇充分洗涤，将其冷冻干燥；
[0021](5)将冷冻干燥后的聚氨酯泡沫在300摄氏度下的Ar气氛下热处理2h，得到掺N泡沫碳
‑
Co3V2O8材料；
[0022](6)将掺N泡沫碳
‑
Co3V2O8材料与2g硫粉混合并研磨均匀，惰性气氛下155℃热处理10h，制得掺N泡沫碳
‑
Co3V2O8‑
S复合锂硫电池正极材料。
[0023]实施例2
[0024](1)将3g的聚氨酯泡沫板采用去离子水和乙醇交替洗涤3次，干燥；
[0025](2)在去离子水中依次加入3mmol硝酸钴、2mmol的硝酸钒以及3mmol尿素、4mmol氟化铵、4mmol乙二胺四乙酸二钠，超声混合均匀；
[0026](3)步骤(1)的聚氨酯泡沫板加入步骤(1)的混合液中充分浸泡30min，随后转移到聚四氟乙烯高压反应釜中进行水热反应；水热温度为150摄氏度，反应时间为15h；
[0027](4)反应结束后，取出聚氨酯泡沫，随后采用去离子水和乙醇充分洗涤，将其冷冻
干燥；
[0028](5)将冷冻干燥后的聚氨酯泡沫在300摄氏度下的Ar气氛下热处理1h，得到掺N泡沫碳
‑
Co3V2O8材料；
[0029](6)将掺N泡沫碳
‑
Co3V2O8材料与4g硫粉混合并研磨均匀，惰性气氛下155℃热处理10h，制得掺N泡沫碳
‑
Co3V2O8‑
S复合锂硫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池正极材料，其特征在于，制备工艺如下：(1)将聚氨酯泡沫板采用去离子水和乙醇洗涤，干燥；(2)在去离子水中依次加入一定比例的钴盐、钒源以及尿素、氟化铵、乙二胺四乙酸二钠，混合均匀；(3)步骤(1)的聚氨酯泡沫板加入步骤(1)的混合液中充分浸泡，随后转移到聚四氟乙烯高压反应釜中进行水热反应；(4)反应结束后，取出聚氨酯泡沫，随后采用去离子水和乙醇充分洗涤，将其冷冻干燥；(5)将冷冻干燥后的聚氨酯泡沫在300摄氏度
‑
400摄氏度下的惰性气氛下热处理1
‑
2h，得到掺N泡沫碳
‑
Co3V2O8材料；(6)将掺N泡沫碳
‑
Co3V2O8材料与硫粉混合并研磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨方明，王霞，
申请(专利权)人：济南章丘岱泰新能源技术中心，
类型：发明
国别省市：