本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，具體涉及一種正極材料及其制備方法、正極片和鋰硫電池。

背景技術(shù)：

1、鋰硫電池具有高的理論比容量(1675mah?g-1)和有多電子反應(yīng)產(chǎn)生高的理論比能量(2600wh/kg)，因此，其在下一代二次電池系統(tǒng)中具有令人興奮的應(yīng)用潛力。然而，鋰離子電池的實(shí)際應(yīng)用仍然面臨挑戰(zhàn)，特別是在進(jìn)行充放電操作時(shí)，可溶性鋰多硫化物(l?i?pss)的生成。l?i?pss在正負(fù)極之間的重復(fù)擴(kuò)散和反應(yīng)導(dǎo)致明顯的自放電和活性物質(zhì)的耗盡，此外，活性材料的導(dǎo)電性有限，以及循環(huán)過(guò)程中發(fā)生的體積膨脹，對(duì)鋰硫電池的進(jìn)展構(gòu)成了額外的障礙。

2、在眾多類型的硫正極材料中，硫化聚丙烯腈(span)材料作為鋰硫電池正極具有獨(dú)特的反應(yīng)機(jī)理和優(yōu)異的電化學(xué)性能。span具有非常高的可逆容量，由于其在碳酸脂類溶劑中表現(xiàn)為非溶解的固固轉(zhuǎn)化機(jī)理，因而不會(huì)發(fā)生多硫化鋰的穿梭，具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性和極高的庫(kù)倫效率。但其在商業(yè)化道路上還有電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)慢，載硫量低，高倍率性能差等問(wèn)題。cn112759874b公開了一種通過(guò)se摻雜提升span材料的電化學(xué)性能的制備方法，但se摻雜span正極材料硫負(fù)載低，比容量低，其性能依然有很大提高空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種正極材料及其制備方法、正極片和鋰硫電池。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種正極材料的制備方法，包括下述步驟：1)將聚丙烯腈、過(guò)渡金屬鹽、ctab在有機(jī)溶劑中混勻得到a液；將2-甲基咪唑溶解到有機(jī)溶劑中得到b液；將b液加入到a液中得到zi?f-pan；2)將z?i?f-pan與硫粉混合后球磨，干燥后進(jìn)行煅燒處理得到正極材料。

4、所述的過(guò)渡金屬鹽為六水合硝酸鋅、六水合硝酸鈷中的一種或者二者的混合物。

5、步驟1)中ctab與過(guò)渡金屬鹽的質(zhì)量比為(1～4)：(2～100)；優(yōu)選為(1～4)：(8～12)；更優(yōu)選為1:8；

6、過(guò)渡金屬鹽、2-甲基咪唑、聚丙烯腈的質(zhì)量比為(4～6)：(10～30)：(20～100)；優(yōu)選為(4～6)：20：(20～100)，更優(yōu)選為4：20：40。

7、步驟3)中z?if-pan與硫粉的質(zhì)量比為1：(3～10)，優(yōu)選為1:5。

8、步驟3)中煅燒的處理步驟為300～450℃下熱處理2-10小時(shí)。

9、步驟1)中有機(jī)溶劑為甲醇或者dmf中的一種。所述的聚丙烯腈的分子量為50000～500000g/mo?l。

10、所述的正極材料的制備方法，其還包括步驟4)去除表面浮硫；具體為在150-250℃氮?dú)夥障录訜?-20h。

11、本發(fā)明還包括一種所述的制備方法得到的正極材料。

12、本發(fā)明還包括一種正極片，包括所述的正極材料、導(dǎo)電劑以及粘結(jié)劑；

13、優(yōu)選的，所述的導(dǎo)電劑為super-p；優(yōu)選的，所述的粘結(jié)劑為pvdf；

14、優(yōu)選的，所述的正極片采用下述方式制備：將正極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑均勻混合制備漿料，再將漿料均勻涂布在鋁箔上，烘干，裁切得到。

15、本發(fā)明還包括一種鋰硫電池，包括所述的正極片、負(fù)極片、隔膜以及電解液。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

17、本發(fā)明利用mof材料衍生的過(guò)渡金屬硫化物與span原位復(fù)合，通過(guò)調(diào)控過(guò)渡金屬種類和表面添加劑的加入量，利用了mof材料形貌規(guī)則可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，合成具有高載硫量、高循環(huán)、高倍率和低電阻率的span基復(fù)合材料作為正極材料，用于鋰硫電池正極，顯著提升了其電化學(xué)性能。

技術(shù)特征：

1.一種正極材料的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：1)將聚丙烯腈、過(guò)渡金屬鹽、ctab在有機(jī)溶劑中混勻得到a液；將2-甲基咪唑溶解到有機(jī)溶劑中得到b液；將b液加入到a液中得到zif-pan；2)將zif-pan與硫粉混合后球磨，干燥后進(jìn)行煅燒處理得到正極材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極材料的制備方法，其特征在于，所述的過(guò)渡金屬鹽為六水合硝酸鋅、六水合硝酸鈷中的一種或者二者的混合物。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中ctab與過(guò)渡金屬鹽的質(zhì)量比為(1～4)：(2～100)；優(yōu)選為(1～4)：(8～12)；更優(yōu)選為1:8；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中zif-pan與硫粉的質(zhì)量比為1：(3～10)；優(yōu)選為1:5。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中煅燒的處理步驟為300～450℃下熱處理2-10小時(shí)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極材料的制備方法，其特征在于，步驟1)中有機(jī)溶劑為甲醇或者dmf中的一種；所述的聚丙烯腈的分子量為50000～500000g/mol。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極材料的制備方法，其特征在于，還包括步驟3)去除表面浮硫；具體為在150-250℃氮?dú)夥障录訜?-20h。

8.一種權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的制備方法得到的正極材料。

9.一種正極片，其特征在于，包括權(quán)利要求7所述的正極材料、導(dǎo)電劑以及粘結(jié)劑；

10.一種鋰硫電池，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的正極片、負(fù)極片、隔膜以及電解液。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，具體涉及一種正極材料及其制備方法、正極片和鋰硫電池。正極材料制備包括下述步驟：1)將聚丙烯腈、過(guò)渡金屬鹽、CTAB在有機(jī)溶劑中混勻得到A液；將2?甲基咪唑溶解到有機(jī)溶劑中得到B液；將B液加入到A液中得到ZIF?PAN；2)將ZIF?PAN與硫粉混合后球磨，干燥后進(jìn)行煅燒處理得到正極材料。本發(fā)明利用MOF材料衍生的過(guò)渡金屬硫化物與SPAN原位復(fù)合，通過(guò)調(diào)控過(guò)渡金屬種類和表面添加劑的加入量，利用了MOF材料形貌規(guī)則可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，合成具有高載硫量、高循環(huán)、高倍率和低電阻率的SPAN基復(fù)合材料作為正極材料，用于鋰硫電池正極，顯著提升了其電化學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭燕玉,史金濤,范林林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津力神新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19