一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法及其在锂硫电池中的应用技术

一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法及其在锂硫电池中的应用，包括如下步骤：S1：向去离子水、异丙醇的混合溶液中加入碳纳米管；S2：加入六水合氯化钴、六水合氯化镍，在搅拌的条件下，加入氨水，再加入硫代乙酰胺；S3：溶剂热反应；S4：抽滤、收集、干燥得到硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料；S5：进行氧掺杂处理得到氧掺杂硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料。本发明专利技术所述的一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法及其在锂硫电池中的应用，制得的氧掺杂硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料，可以提高活性位点的利用率，增强其导电性，并且诱导表面电荷重新分布，从而调节电子结构，优化其催化转化动力学，缓解了多硫化物的穿梭效应，提升了锂硫电池的循环性能。提升了锂硫电池的循环性能。提升了锂硫电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法及其在锂硫电池中的应用


[0001]本专利技术属于电池制备
，具体涉及一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法及其在锂硫电池中的应用。

技术介绍

[0002]锂硫电池因其活性物质硫的成本低、环境友好、储量高、能量密度高（2600 Wh
·
kg
‑1）等优点，在下一代高能量密度二次电池的发展中具有巨大的潜力。
[0003]然而，由于锂硫电池正极侧活性硫物种及放电产物硫化锂的电导率低，硫物种转化动力学迟缓，引发活性物种不可逆损失、穿梭效应严重、电化学性能差等一系列问题，导致电池容量衰减迅速，严重阻碍了锂硫电池的实际应用。
[0004]金属硫化物因其独特的晶体结构和对硫的吸附能力和对硫转化的催化作用，以及与过渡金属氧化物相比，具有更高的导电性而被广泛研究。金属硫化物中的硫原子具有较高的电负性，可以从过渡金属中捕获电子，并作为活性位点稳定反应中间体。原子掺杂可以调节硫化物的电子结构，激活掺杂原子和周围原子作为活性位点以更好地捕获多硫化物并产生催化非均相表面，从而更有效地促进多硫化物的转化反应。
[0005]因此，研发出一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法，并且将其应用在锂硫电池，对锂硫电池具有极其重要的意义。本专利技术的金属硫化物采用氧掺杂硫代钴酸镍，可以提高活性位点的利用率，增强其导电性，并诱导表面电荷重新分布，从而调节电子结构，优化其催化转化动力学，缓解多硫化物的穿梭效应，提升了锂硫电池的循环性能。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法及其在锂硫电池中的应用，制备方法简单、易操作，制得的氧掺杂硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料，应用在锂硫电池中，可以提高活性位点的利用率，增强其导电性，并且诱导表面电荷重新分布，从而调节电子结构，优化其催化转化动力学，缓解了多硫化物的穿梭效应，提升了锂硫电池的循环性能，应用前景广泛。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法，包括如下步骤：S1：向去离子水、异丙醇的混合溶液中加入碳纳米管，超声振荡，将碳纳米管均匀分散在去离子水、异丙醇的混合溶液中，得到悬浮液；S2：向所述悬浮液中加入六水合氯化钴、六水合氯化镍，在搅拌的条件下，加入氨水，搅拌0.5
‑
1.5h后，再加入硫代乙酰胺，搅拌0.5
‑
1.5h后，得到混合物；S3：将所述混合物转移至不锈钢高压釜的聚四氟乙烯内胆中，然后放入烘箱内进行溶剂热反应，所述烘箱温度设置为150
‑
200℃，反应时间为10
‑
16h；S4：反应结束后，待冷却至室温，进行抽滤，采用去离子水和乙醇分别洗1
‑
3次，收集得到黑色沉淀物，将所述黑色沉淀物放入真空烘箱内进行干燥，所述真空烘箱温度设置
为50
‑
80℃，干燥时间为10
‑
16h，得到硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料；S5：对所述硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料进行氧掺杂处理，得到氧掺杂硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料。
[0008]本专利技术所述的一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法，制备方法简单、易操作，具有以下优点：1、错综复杂的碳纳米管为电荷转移提供了多孔三维网络，不仅可以适应充放电过程中硫体积的变化，且可以加速锂离子的扩散；2、在步骤S2的材料合成时添加了少量氨水，可以控制其颗粒尺寸，因为较小的纳米颗粒，具有更高的比表面积，可以提供更高的活性位点，极大地提高了催化性能；3、通过溶剂热法将极性的硫代钴酸镍生长在碳纳米管上，然后进行氧掺杂处理，制备的氧掺杂硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料具有更好的电子调节能力，可以进一步提升导电性并增强对多硫化物的吸附能力，从而促进多硫化物的催化转化动力学过程。
[0009]进一步的，上述的氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法，所述步骤S1，所述去离子水、异丙醇的混合溶液中，去离子水：异丙醇的体积比例为1
‑
4:0
‑
3；每1mL去离子水、异丙醇的混合溶液中加入1mg碳纳米管。
[0010]优选的，所述去离子水：异丙醇的体积比例为1:1。
[0011]进一步的，上述的氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法，所述步骤S2，每1mL悬浮液中加入0.0025
‑
0.0075 mmol的六水合氯化钴、0.00125
‑
0.00375mmol的六水合氯化镍、0.0075
‑
0.0225mmol的硫代乙酰胺。
[0012]进一步的，上述的氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法，所述步骤S2，悬浮液：氨水的体积比例为60:1
‑
2。
[0013]优选的，悬浮液：氨水的体积比例为60:1。
[0014]进一步的，上述的氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法，所述步骤S5，氧掺杂处理具体包括如下内容：将所述硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料在室温下通入空气，然后以3
‑
8℃
·
min
‑1的升温速率，加热至在350
‑
450℃，然后保温1
‑
2h，得到氧掺杂硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料。
[0015]所述氧掺杂处理具有以下优点：1、在低温下进行氧掺杂，操作简单；2、氧原子具有很强的极性和良好的电子调节能力，可以通过形成Li
‑
O键来承载多硫化物；氧掺杂实现了双重吸附，物理吸附和化学吸附，氧掺杂进一步提升其电子导电性，降低正极与隔膜之间的界面阻抗，并对失活的多硫化物有回收作用。
[0016]本专利技术还涉及所述氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法及在锂硫电池中的应用，所述氧掺杂硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料用于制备功能化隔膜，所述功能化隔膜与正极、负极组装成锂硫电池。
[0017]将采用氧掺杂硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料的功能化隔膜应用于锂硫电池中，不仅可以适应充放电过程中硫体积的变化，而且还可以加速锂离子的扩散，缓解多硫化物的穿梭效应，提升锂硫电池循环性。
[0018]进一步的，上述的氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法及在锂硫电池中的应用，所述功能化隔膜的制备，包括如下步骤：（1）将氧掺杂硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料、导电剂、粘结剂与溶剂混合，超声振荡分散形成均匀的浆料；
（2）将所述浆料采用喷涂、刮刀涂覆或者涂布辊中的任意一种方式均匀地涂在阴极侧的隔膜上，然后在50~60℃的温度条件下，真空干燥10
‑
16 h，得到功能化隔膜。
[0019]进一步的，上述的氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法及在锂硫电池中的应用，所述步骤（1）中，所述浆料中的氧掺杂硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料：导电剂：粘结剂的质量比为8:1:1或者7:2:1；所述导电剂采用碳黑、乙炔黑、科琴碳、活性炭中的一种或者多种的组合，所述粘结剂采用聚偏二氟乙烯，所述溶剂采用N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0020本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：向去离子水、异丙醇的混合溶液中加入碳纳米管，超声振荡，将碳纳米管均匀分散在去离子水、异丙醇的混合溶液中，得到悬浮液；S2：向所述悬浮液中加入六水合氯化钴、六水合氯化镍，在搅拌的条件下，加入氨水，搅拌0.5
‑
1.5h后，再加入硫代乙酰胺，搅拌0.5
‑
1.5h后，得到混合物；S3：将所述混合物转移至不锈钢高压釜的聚四氟乙烯内胆中，然后放入烘箱内进行溶剂热反应，所述烘箱温度设置为150
‑
200℃，反应时间为10
‑
16h；S4：反应结束后，待冷却至室温，进行抽滤，采用去离子水和乙醇分别洗1
‑
3次，收集得到黑色沉淀物，将所述黑色沉淀物放入真空烘箱内进行干燥，所述真空烘箱温度设置为50
‑
80℃，干燥时间为10
‑
16h，得到硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料；S5：对所述硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料进行氧掺杂处理，得到氧掺杂硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料。2.根据权利要求1所述的一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法，其特征在于，所述步骤S1，所述去离子水、异丙醇的混合溶液中，去离子水：异丙醇的体积比例为1
‑
4:0
‑
3；每1mL去离子水、异丙醇的混合溶液中加入1mg碳纳米管。3.根据权利要求1所述的一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法，其特征在于，所述步骤S2，每1mL悬浮液中加入0.0025
‑
0.0075mmol的六水合氯化钴、0.00125
‑
0.00375mmol的六水合氯化镍、0.0075
‑
0.0225mmol的硫代乙酰胺。4.根据权利要求1所述的一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法，其特征在于，所述步骤S2，悬浮液：氨水的体积比例为60:1
‑
2。5.根据权利要求1所述的一种氧掺杂硫代钴酸镍的制备方法，其特征在于，所述步骤S5，氧掺杂处理具体包括如下内容：将所述硫代钴酸镍/碳纳米管复合材料在室温下通入空气，然后以3
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8℃
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‑1的升温速率，加热至在350
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450℃，然后保温1
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【专利技术属性】
技术研发人员：沈李园，赵玉壮，刘敏，张全权，
申请(专利权)人：合源锂创苏州新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：