CN116470024B 一种用于锂硫电池的金属氧化物基复合正极材料的制备方法 （哈尔滨理工大学）

一种用于锂硫电池的金属氧化物基复合正本发明涉及一种锂硫电池正极材料的制备的方式制备的金属氧化物基复合正极材料通过多孔碳导电骨架和双极性物质的化学吸附作用2将步骤一处理过的碳纳米管与分散剂、硝酸钴六水合物、2_甲基将步骤二中得到的金属有机骨架/碳纳米管前驱体放入有保护气的管式炉中进行程序将步骤三中得到的钴基氮掺杂多孔碳骨架材料、硝酸铈六水合将步骤四中得到的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳载体与单质硫以1:2_5的质量比2.根据权利要求1所述的一种用于锂硫电池的金属氧化物基复合正极材料的制备方3.根据权利要求1所述的一种用于锂硫电池的金属氧化物基复合正极材料的制备方4.根据权利要求1所述的一种用于锂硫电池的金属氧化物基复合正极材料的制备方5.根据权利要求1所述的一种用于锂硫电池的金属氧化物基复合正极材料的制备方6.根据权利要求1所述的一种用于锂硫电池的金属氧化物基复合正极材料的制备方法，其特征在于步骤四中所述的碱性溶液为氢氧化钠或氢氧化钾的一种，浓度为0.01_7.根据权利要求1所述的一种用于锂硫电池的金属氧化物基复合正极材料的制备方8.根据权利要求1所述的一种用于锂硫电池的金属氧化物基复合正极材料的制备方39.根据权利要求1所述的一种用于锂硫电池的金属氧化物基复合正极材料的制备方4硫包裹在各种碳材料当中，通过碳材料的电子导电性以及多孔性改善硫正极存在的问题。有效限制多硫化物穿梭的正极活性物质载体材料是实现高能量密度锂硫电池发展的关键C.M.Zheng,S.Z.Xiong.AdvancedFunctionalMaterials,2022,32(43):220[0003]本发明的目的是在于为储能系统中的锂硫电池提供一种高效硫载体材料及其制5[0011]将步骤二中得到的金属有机骨架/碳纳米管前驱体放入有保护气的管式炉中进行[0015]将步骤四中得到的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳载体与单质硫以1:2_5的质[0026]本发明通过设计一种在碳纳米管上原位生长的金属有机骨架作为构建硫载体的六水合物经水热反应形成的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料具有双极性化学吸附作用，可以有效吸附溶解在电解质中的多硫化物进一步提高活性物质的利用6多孔碳作为硫载体材料具有由碳纳米管与氮掺杂多孔碳组成的连续的电子传输通道以及[0033]图6为实施例制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳骨架的硫载体材料的电镜[0034]图7为实施例制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装的锂[0035]图8为实施例制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装的锂[0036]图9为实施例制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装的锂[0037]图10为实施例制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装的[0038]图11为对比例1制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装的[0039]图12为对比例1制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装的[0040]图13为对比例1制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装的[0041]图14为对比例2制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装的[0042]图15为对比例3制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装的[0043]图16为对比例4制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装的78[0052]将0.3g的碳纳米管加入到20mL浓度为15mol/L的硝酸溶液中在室温下搅拌混合，[0054]取0.1g处理过的碳纳米管和0.5g的聚乙烯吡咯烷酮溶解在80mL的甲醇溶液中后搅拌2h，在向上述溶液中加入1.75g的硝酸钴六水合物到上述溶液中搅拌6h后，再加入[0058]将0.2g的钴基氮掺杂多孔碳骨架材料和0.05g的硝酸铈六水合物分散在40mL的去[0060]将步骤四中得到的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳骨架材料载体与单质硫按[0061]对比例1：本实施例的一种用于锂硫电池的金属氧化物基复合正极材料的是按照[0063]将0.3g的碳纳米管加入到20mL浓度为15mol/L的硝酸溶液中在室温下搅拌混合，[0065]取0.1g处理过的碳纳米管和0.5g的聚乙烯吡咯烷酮溶解在80mL的甲醇溶液中后搅拌2h，在向上述溶液中加入1.75g的硝酸钴六水合物到上述溶液中搅拌6h后，再加入[0069]将0.2g的钴基氮掺杂多孔碳骨架材料和0.01g的硝酸铈六水合物分散在40mL的去[0071]将步骤四中得到的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳骨架材料载体与单质硫按9[0074]将0.3g的碳纳米管加入到20mL浓度为15mol/L的硝酸溶液中在室温下搅拌混合，[0076]取0.1g处理过的碳纳米管和0.5g的聚乙烯吡咯烷酮溶解在80mL的甲醇溶液中后搅拌2h，在向上述溶液中加入1.75g的硝酸钴六水合物到上述溶液中搅拌6h后，再加入[0080]将0.2g的钴基氮掺杂多孔碳骨架材料和0.025g的硝酸铈六水合物分散在40mL的去离子水中并搅拌6h后，向上述溶液中加入15mL浓度为0.02mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌[0082]将步骤四中得到的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳骨架材料载体与单质硫按[0085]将0.3g的碳纳米管加入到20mL浓度为15mol/L的硝酸溶液中在室温下搅拌混合，[0087]取0.1g处理过的碳纳米管和0.5g的聚乙烯吡咯烷酮溶解在80mL的甲醇溶液中后后搅拌2h，在向上述溶液中加入1.75g的硝酸钴六水合物到上述溶液中搅[0091]将0.2g的钴基氮掺杂多孔碳骨架材料和0.075g的硝酸铈六水合物分散在40mL的去离子水中并搅拌6h后，向上述溶液中加入15mL浓度为0.02mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌[0093]将步骤四中得到的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳骨架材料载体材料与单质[0096]将0.3g的碳纳米管加入到20mL浓度为15mol/L的硝酸溶液中在室温下搅拌混合，[0098]取0.1g处理过的碳纳米管和0.5g的聚乙烯吡咯烷酮溶解在80mL的甲醇溶液中后后搅拌2h，在向上述溶液中加入1.75g的硝酸钴六水合物到上述溶液中搅[0102]将0.2g的钴基氮掺杂多孔碳骨架材料和0.1g的硝酸铈六水合物分散在40mL的去[0104]将步骤四中得到的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳骨架材料载体材料与单质过实施例至对比例4制备合成的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装的[0109]3)循环伏安(CV)测试。通过型号为CHI760E型的电化学工作站对用于锂硫电池复峰的位置判断电化学反应中氧还反应与还原[0110]4)充放电测试。通过型号为CT2001A的蓝电电池测试仪对制备的新型复合正极组性能以及循环稳定性评定新型复合正极材料的说明经过碳化成功地将钴离子转化为金属钴，此外在26.1°处的衍射峰对应于石墨碳的[0113]图3为实施例制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳硫载体材料的X射线衍射[0114]图4为实施例制备的金属有机骨架在碳纳米管上原位生长材料的电镜图。金属有的电子传输通道可以促进电子的迁移效率同时增强单质硫的导电性(W.J.Feng,W.Zhao,Z.J.Shi,J.Z.Chen.JournalofMaterialsScience:MaterialsinElectronics,2022,[0115]图5为实施例制备的钴基氮掺杂多孔碳骨架材料的电镜图。钴基氮掺杂多孔碳颗[0116]图6为实施例制备的负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳材料的电镜扫描图。可以清楚地看到，经水热反应后生成的二氧化铈均匀分布在钴基氮掺杂多孔碳骨架材料表面，D.Zhou,W.J.Cui,Y.M.Y,Zhao.JournalofEnergyChemistry,2[0117]图7为实施例中制备的以负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料的锂氮碳双极性物质对多硫化物有效的协同吸附[0118]图8为实施例中制备的以负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装时仍有787.5mAh/g的放电比容量，容量保持率大于72说明该硫载体材料的锂硫电池具[0119]图9为实施例中以负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料与单质硫按照质量比1:3混合后制备的复合正极极组装的锂硫电池在0.05mV/s的循环伏安曲线。在硫化锂；在2.49V处的氧化峰为固相硫化锂经过多硫化锂并最终到元素硫的可逆反应所引架作为硫载体材料的锂硫电池具有优异的循环稳定性(C.C.Hu,X.Y.Zhang,H.P.Li,Y.Zhao.SolidStateSciences,2[0120]图10为实施例中制备的以负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组氧化铈在多孔碳表面的均匀分布促进了多硫化物的转化以及多孔碳结构减缓了单质硫以[0121]图11为对比例1制备的以负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装[0122]图12为对比例1制备的以负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装时有815.7mAh/g的放电比容量，容量保持率大于81说明制备的该硫载体材料具有出色[0123]图13为对比例1制备的以负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组装[0124]图14为对比例2中制备的以负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组[0125]图15为对比例3中制备的以负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体材料组[0126]图16为对比例4中制备的以负载二氧化铈的钴基氮掺杂多孔碳作为硫载体