正极及其制备方法、锂硫电池.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113346091A(43)申请公布日2021.09.03(21)申请号202110633667.5H01M10/42(2006.01)(22)申请日2021.06.07(71)申请人清华大学深圳国际研究生院地址518055广东省深圳市南山区西丽街道深圳大学城清华校区A栋2楼(72)发明人吕伟张玢罗冲潘郑泽杨全红康飞宇(74)专利代理机构深圳市鼎言知识产权代理有限公司44311代理人曾昭毅郑海威(51)Int.Cl.H01M4/66(2006.01)H01M4/13(2010.01)H01M4/139(2010.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称正极及其制备方法、锂硫电池(57)摘要一种正极，包括气凝胶和吸附于所述气凝胶上的活性硫组分，所述气凝胶包括若干延伸方向一致的蜂窝状孔道，每一孔道的孔壁均为复合层，所述复合层包括二维MXene材料层、和附着于所述二维MXene材料层上的附着材料层，所述活性硫组分吸附于复合层上附着材料层。本发明还提供一种正极的制备方法，及应用该正极的锂硫电池。本发明应用该正极的锂硫电池具有较佳的倍率性能和循环稳定性。CN113346091ACN113346091A权利要求书1/2页1.一种正极，其特征在于，所述正极包括气凝胶和吸附于所述气凝胶上的活性硫组分，所述气凝胶包括若干延伸方向一致的蜂窝状孔道，每一孔道的孔壁为复合层，所述复合层包括二维MXene材料层、和附着于所述二维MXene材料层上的附着材料层，所述活性硫组分吸附于复合层上。2.根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述孔道的延伸方向与所述复合层的延伸方向一致；和/或所述附着材料层的材质为碳纳米管、氧化石墨烯、硫化物、硒化物、及碳纳米纤维中的至少一种；和/或所述孔道的延伸方向与所述二维MXene材料层的延伸方向一致；和/或所述活性硫组分为Li2S8，Li2S6、及Li2S4中的至少一种；和/或所述二维MXene材料层占所述气凝胶的质量百分比为50～99％；和/或所述孔道的孔壁的厚度为5nm～500μm；和/或所述孔道的宽度为1～300μm；和/或所述正极的硫载量为3～20mgcm‑2。3.根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述二维MXene材料层中的二维MXene材料为Ti3C2‑MXene纳米片、Nb2C‑MXene纳米片、V2C‑MXene纳米片、及Ti4N3‑MXene纳米片中的至少一种。4.一种正极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供附着材料分散液、二维材料分散液、及含硫溶液；混合所述附着材料分散液和二维材料分散液，得到混合分散液；将所述混合分散液置于一模具中，将容纳有所述混合分散液的模具伸入低温容器中，对所述混合分散液进行低温定向冷冻处理，以使所述混合分散液定向凝固；对所述定向凝固后的混合分散液进行真空冷冻干燥处理，得到气凝胶，其中，所述气凝胶包括若干延伸方向一致的蜂窝状孔道，每一孔道的孔壁为复合层，所述复合层均包括二维MXene材料层、和附着于所述二维MXene材料层上的附着材料层；及将所述含硫溶液滴加于所述气凝胶上，所述含硫溶液中的活性硫组分吸附于所述复合层上，获得所述正极。5.根据权利要求4所述的正极的制备方法，其特征在于，所述低温定向冷冻处理的温度为‑300℃～‑10℃，凝固速度为10‑500cmh‑1；和/或所述真空冷冻干燥的最终真空度为1～10Pa，温度为‑20℃～25℃，时间为12～72小时。6.根据权利要求4所述的正极的制备方法，其特征在于，所述正极的制备方法还包括以下步骤：向所述混合分散液中加入pH调节剂，以使所述混合分散液的pH值为6～8。7.根据权利要求4所述的正极的制备方法，其特征在于，所述附着材料分散液含有附着材料、分散剂、及水。8.根据权利要求7所述的正极的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；所述附着材料为碳纳米管、氧化石墨烯、硫化物、硒化物、及碳纳米纤维中的至少一种。9.根据权利要求4所述的正极的制备方法，其特征在于，所述二维MXene材料层占所述2CN113346091A权利要求书2/2页气凝胶的质量百分比为50～99％；和/或所述含硫溶液占所述正极的质量百分比含量为40～70％；和/或所述含硫溶液的浓度为0.1～1M；和/或所述二维材料分散液的浓度为1～15％；和/或所述附着材料分散液的浓度为0.5～10％；和/或所述活性硫组分为Li2S8，Li2S6、及Li2S4中的至少一种；和/或所述孔道的延伸方向与所述复合层的延伸方向一致；和/或所述孔道的孔壁的厚度为5nm～500μm；和/或所述孔道的宽度为1～300μ