一种锂硫电池正极材料及其制备方法、锂硫电池正极片及锂硫电池

1.本发明属于高性能储能电池技术领域，特别涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法、锂硫电池正极片及锂硫电池。


背景技术：

2.近年来，储能设备需求不断提高；其中，以硫为正极，金属锂为负极的锂硫电池(lsb)具有高的理论比容量(～1675mahg-1
)和能量密度(～2567wh
·
kg-1
)，应用前景广阔；然而，在锂硫电池应用过程中，仍存在一定的技术难题；例如：正极活性物质硫及硫的放电产物硫化锂导电性差，电池内部电化学氧化还原过程的中间产物高阶多硫化锂(lips)易溶于电解液，其穿过隔膜与锂负极发生副反应，即穿梭效应，进而造成不可逆的容量损失，使得锂硫电池使用寿命缩短，容量衰减严重，库伦效率降低，阻碍其应用。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种锂硫电池正极材料及其制备方法、锂硫电池正极片及锂硫电池，以解决现有的锂硫电池中由于穿梭效应导致的不可逆容量衰减，使得锂硫电池使用寿命缩短，容量衰减严重，库伦效率降低，阻碍其应用的技术问题。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
5.本发明提供了一种锂硫电池正极材料的制备方法，采用植物纤维和碳纤维作为纤维骨架；在纤维骨架的表面自组装包覆mxene层，获得mxene@cf/pf复合纸基材料；在所述mxene@cf/pf复合纸基材料的内部渗透熔融硫，获得mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料，即得到所述锂硫电池正极材料。
6.进一步的，具体包括以下步骤：
7.步骤1、将植物纤维和碳纤维加入至十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，进行表面改性处理以使纤维表面带正电，之后经搅拌、超声处理分散均匀，获得纤维分散液；
8.步骤2、将单层mxene分散液与所述纤维分散液混合，在搅拌条件下，使mxene包覆在纤维表面并形成均匀的mxene鞘，之后通过湿法成型、干燥处理后，获得所述mxene@cf/pf复合纸基材料；
9.步骤3、将所述mxene@cf/pf复合纸基材料置于硫/二硫化碳溶液中，浸渍处理、干燥后，在稀有气体气氛下加热，以使熔融硫渗透进入所述mxene@cf/pf复合纸基材料的内部，获得所述mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料。
10.进一步的，步骤1中，所述碳纤维为经氧化预处理的碳纤维；其中，所述经氧化预处理的碳纤维的制备过程，具体如下：
11.将碳纤维与硝酸混合，在水浴加热回流条件下，进行酸氧化处理，之后经过水洗、干燥处理，得到所述经氧化预处理的碳纤维。
12.进一步的，步骤1中，所述植物纤维为阔叶木纤维、针叶木纤维及棉纤维中的一种；其中，所述植物纤维的打浆度为50-80
°
sr。
13.进一步的，步骤2中，所述单层mxene分散液的制备过程，具体如下：
14.将盐酸与氟化锂混合后，加入钛碳化铝，在油浴加热并搅拌的条件下，进行铝相刻蚀，获得刻蚀后的固相剩余物；
15.对所述刻蚀后的固相剩余物进行清洗至中性，之后依次进行超声处理、离心取上清液，得到所述单层mxene分散液。
16.进一步的，步骤3中，在稀有气体气氛下加热时，加热熔融温度为150-200℃，时间为1-2h。
17.进一步的，mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料的硫面载量为2-5mg
·
cm-2
。
18.本发明还提供了一种锂硫电池正极材料，采用所述的一种锂硫电池正极材料的制备方法制备得到。
19.本发明还提供了一种锂硫电池正极片，所述锂硫电池正极片采用所述的锂硫电池正极材料裁剪得到。
20.本发明还提供了一种锂硫电池，包括正极、夹层、隔膜及锂片，所述正极采用所述的一种锂硫电池正极片。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
22.本发明提供了一种锂硫电池正极材料及其制备方法，采用植物纤维和碳纤维为纤维骨架，在纤维表面自组装包覆mxene层制备了mxene@cf/pf复合纸基材料，实现增强纸基材料的导电性的目的；同时，利用mxene上丰富的钛金属位点，提高纸基材料对多硫化物穿梭的抑制效果；将熔融硫渗透至mxene@cf/pf复合纸基材料后，获得mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料，体系中的碳纤维交织网络及mxene层，可在电池充放电过程中提供电子传导通道，通过添加植物纤维赋予复合纸基正极材料一定的机械强度及柔性，并保证了电极导电性和结构稳定性；同时，复合纸基正极材料的网状结构及mxene的层状包覆结构可以限制多硫化物的溶出，抑制穿梭效应，有效避免了由于穿梭效应导致的不可逆容量衰减，综合提高锂硫电池的循环稳定性；且制得的纸基正极材料相比于传统涂覆法制备的正极材料，具有更高的循环稳定性和安全性；本发明所制备锂硫电池正极材料组装的电池具有良好的循环稳定性，且其具有良好的机械强度和柔性，有效提升了电池的使用寿命，为锂硫电池的商业化提供有利的技术支持。
附图说明
23.图1为实施例1中所述的mxene@cf/pf复合纸基材料放大1000倍的扫描电镜图；
24.图2为实施例1中所述的mxene@cf/pf复合纸基材料放大5000倍的扫描电镜图；
25.图3为利用实施例1中制备的锂硫电池正极材料组装锂硫电池后，在0.2c条件下200圈的循环性能曲线图。
具体实施方式
26.为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释
本发明，并不用于限定本发明。
27.本发明提供了一种锂硫电池正极材料的制备方法，采用植物纤维和碳纤维作为纤维骨架；在纤维骨架的表面自组装包覆mxene层，获得mxene@cf/pf复合纸基材料；在所述mxene@cf/pf复合纸基材料的内部渗透熔融硫，获得mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料，即得到所述锂硫电池正极材料。
28.具体的，所述锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
29.步骤1、将碳纤维(cf)置于圆底烧瓶中，加入硝酸，在水浴加热回流条件下，进行酸氧化处理；而后用去离子水洗净并置于烘箱干燥，获得经氧化预处理的碳纤维；其中，所述碳纤维的直径为5-10μm，长度为3-6mm；所述碳纤维的添加质量为1-3g；所述硝酸的体积分数为55-68％，添加量为50-100ml；水浴加热温度为50-80℃，转速为100-200rpm，回流时间为30-60min。
30.步骤2、将盐酸与氟化锂置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，磁力搅拌至混合均匀；然后缓慢加入钛碳化铝(ti3alc2)粉末，在油浴加热条件下并缓慢搅拌的条件下，进行铝相刻蚀，获得刻蚀后的固相剩余物；将刻蚀后的固相剩余物用去离子水反复离心清洗至中性；之后依次超声处理、离心取上清液，获得单层ti3c2t
x
(mxene)分散液；其中，盐酸的浓度为5-10mol
·
l-1
，体积为30-40ml；氟化锂的添加量为1-2g；磁力搅拌转速为200-300rpm；ti3alc2的规格为200-400目，添加量为1-2g；油浴加热温度为30-50℃；离心清洗的转速为3000-4000rpm，时间为5-10min，次数为7-10次；超声处理时间为1-2h，功率为100-200w；离心取上清液时转速为3000-5000rpm，时间为1-2h。
31.步骤3、将经氧化预处理的碳纤维与经磨浆处理的植物纤维加入十六烷基三甲基溴化铵(ctab)水溶液中，对纤维进行表面改性使其带正电；而后依次经机械搅拌、超声处理分散均匀，获得纤维分散液；其中，经氧化预处理的碳纤维的添加量为0.7-2.0g；植物纤维选取阔叶木纤维、针叶木纤维及棉纤维中的一种，并经由pfi磨浆机磨浆处理，打浆度为50-80
°
sr，添加量为0.7-1.1g；十六烷基三甲基溴化铵水溶液的浓度为0.1-0.5g
·
l-1
；机械搅拌时间为10-20min；超声时间为2-4h，功率为100-200w。
32.步骤4、将所述单层mxene分散液加入所述纤维分散液中，在缓慢磁力搅拌条件下，使mxene逐渐包覆于纤维表面，最终形成均匀的mxene鞘；而后采用纸页成型器通过湿法成型、干燥处理后，获得mxene@cf/pf复合纸基材料；其中，所述单层mxene分散液的浓度为3-8g
·
l-1
，加入量为5-10ml；缓慢磁力搅拌转速为200-300rpm，时间为1-2h；纸页成型器的干燥温度为60-80℃，干燥时间为10-30min；所述mxene@cf/pf复合纸基材料的定量为50-70g
·
m-2
。
33.步骤5、将所述mxene@cf/pf复合纸基材料置于硫/二硫化碳(s/cs2)溶液中，浸渍预设时间后，取出通过烘箱干燥；然后转移至充满氩气的耐高温密封玻璃瓶中，并置于烘箱中加热，使硫熔融并渗透进入mxene@cf/pf复合纸基材料内部，最终获得mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料，即得到所述锂硫电池正极材料；其中，s/cs2溶液的浓度为1-5g
·
l-1
；浸渍时间为1-5min；烘箱干燥温度为40-60℃，干燥时间为5-20min；加热熔融温度为150-200℃，时间为1-2h；所述mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料的硫面载量为2-5mg
·
cm-2
。
34.本发明还提供了一种锂硫电池正极片，所述锂硫电池正极片采用所述的锂硫电池正极材料裁剪得到；具体的，采用切圆机将锂硫电池正极材料裁剪为预设直径尺寸的圆形
电极片；优选的，所述预设直径尺寸为12mm；所述锂硫电池正极片在使用时，将所述圆形电极片置于锂硫电池的正极侧。
35.本发明还提供了一种锂硫电池，包括正极、夹层、隔膜及锂片，所述正极采用所述的一种锂硫电池正极片。
36.制备原理：
37.本发明所述的锂硫电池正极材料及其制备方法，采用植物纤维和碳纤维为纤维骨架，在纤维表面自组装包覆mxene层制备了mxene@cf/pf复合纸基材料，进一步增强了纸基材料的导电性，同时利用mxene上丰富的钛金属位点，提高纸基材料对多硫化物穿梭的抑制效果；将熔融硫渗透至mxene@cf/pf复合纸基材料后，获得mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料，体系中的碳纤维交织网络及mxene层，可在电池充放电过程中提供电子传导通道，通过添加植物纤维赋予复合纸基正极材料一定的机械强度及柔性，并保证了电极导电性和结构稳定性；同时，复合纸基正极材料的网状结构及mxene的层状包覆结构可以限制多硫化物的溶出，抑制穿梭效应，综合提高锂硫电池的循环稳定性；且制得的纸基正极材料相比于传统涂覆法制备的正极材料，具有更高的循环稳定性和安全性；本发明所制备锂硫电池正极材料组装的电池具有良好的循环稳定性，且其具有良好的机械强度和柔性，为锂硫电池的商业化提供有利的技术支持。
38.实施例1
39.本实施例1提供了一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
40.步骤1、将碳纤维置于圆底烧瓶中，加入硝酸，在水浴加热回流条件下，进行酸氧化处理；而后用去离子水洗净并置于烘箱干燥，获得经氧化预处理的碳纤维；其中，所述碳纤维的直径为7μm，长度为3mm；所述碳纤维的添加质量为1g；所述硝酸的体积分数为55％，添加量为50ml；水浴加热温度为50℃，转速为100rpm，回流时间为30min。
41.步骤2、将盐酸与氟化锂置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，磁力搅拌至混合均匀；然后缓慢加入钛碳化铝粉末，在油浴加热条件下并缓慢搅拌的条件下，进行铝相刻蚀，获得刻蚀后的固相剩余物；将刻蚀后的固相剩余物用去离子水反复离心清洗至中性；之后依次超声处理、离心取上清液，获得单层mxene分散液；其中，盐酸的浓度为6mol
·
l-1
，体积为35ml；氟化锂的添加量为1.5g；磁力搅拌转速为300rpm；钛碳化铝粉末的规格为300目，添加量为1.5g；油浴加热温度为50℃；离心清洗的转速为3500rpm，时间为5min，次数为10次；超声处理时间为1h，功率为100w；离心取上清液时转速为3000rpm，时间为1h。
42.步骤3、将经氧化预处理的碳纤维与经磨浆处理的植物纤维加入十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，对纤维进行表面改性使其带正电；而后依次经机械搅拌、超声处理分散均匀，获得纤维分散液；其中，经氧化预处理的碳纤维的添加量为1.0g；植物纤维选取阔叶木纤维，并经由pfi磨浆机磨浆处理，打浆度为50
°
sr，添加量为0.6g；十六烷基三甲基溴化铵水溶液的浓度为0.2g
·
l-1
；机械搅拌时间为20min；超声时间为3h，功率为100w。
43.步骤4、将所述单层mxene分散液加入所述纤维分散液中，在缓慢磁力搅拌条件下，使mxene逐渐包覆于纤维表面，最终形成均匀的mxene鞘；而后采用纸页成型器通过湿法成型、干燥处理后，获得mxene@cf/pf复合纸基材料；其中，所述单层mxene分散液的浓度为3g
·
l-1
，加入量为5ml；缓慢磁力搅拌转速为300rpm，时间为2h；纸页成型器的干燥温度为65℃，干燥时间为10min；所述mxene@cf/pf复合纸基材料的定量为50g
·
m-2
。
44.步骤5、将所述mxene@cf/pf复合纸基材料置于硫/二硫化碳溶液中，浸渍预设时间后，取出通过烘箱干燥；然后转移至充满氩气的耐高温密封玻璃瓶中，并置于烘箱中加热，使硫熔融并渗透进入mxene@cf/pf复合纸基材料内部，最终获得mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料，即得到所述锂硫电池正极材料；其中，硫/二硫化碳溶液的浓度为3g
·
l-1
；浸渍时间为1min；烘箱干燥温度为60℃，干燥时间为10min；加热熔融温度为155℃，时间为2h；所述mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料的硫面载量为2.5mg
·
cm-2
。
45.如附图1-2所示，附图1中给出了实施例1中所述的mxene@cf/pf复合纸基材料放大1000倍的扫描电镜图，附图2中给出了实施例1中所述的mxene@cf/pf复合纸基材料放大5000倍的扫描电镜图；从附图1-2中可以看出，mxene在cf和pf表面形成了均匀包覆层，cf表面沟槽被mxene层覆盖，这种包覆结构在纤维表面引入了对多硫化物具有良好吸附效果的钛金属位点和丰富的官能团；同时，mxene在pf表面包覆有效改善了植物纤维的导电性，且mxene在纤维间自聚集成少量层状结构，将纤维粘连。
46.如附图3所示，附图3中给出了利用实施例1中制备的锂硫电池正极材料组装锂硫电池后，在0.2c条件下200圈的循环性能曲线图；从附图3中可以看出，mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料具有高的初始放电容量，所述初始放电容量能够达到1040mah
·
g-1
；经过200次充放电循环后，放电容量仍可达1010mah
·
g-1
，容量保持率达97.115％，单次容量衰减仅为0.014％；结果表明，将所述mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料用于锂硫电池，可以显著提高电池循环性能。
47.实施例2
48.本实施例2提供了一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
49.步骤1、将碳纤维置于圆底烧瓶中，加入硝酸，在水浴加热回流条件下，进行酸氧化处理；而后用去离子水洗净并置于烘箱干燥，获得经氧化预处理的碳纤维；其中，所述碳纤维的直径为10μm，长度为6mm；所述碳纤维的添加质量为3g；所述硝酸的体积分数为68％，添加量为100ml；水浴加热温度为80℃，转速为200rpm，回流时间为60min。
50.步骤2、将盐酸与氟化锂置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，磁力搅拌至混合均匀；然后缓慢加入钛碳化铝粉末，在油浴加热条件下并缓慢搅拌的条件下，进行铝相刻蚀，获得刻蚀后的固相剩余物；将刻蚀后的固相剩余物用去离子水反复离心清洗至中性；之后依次超声处理、离心取上清液，获得单层mxene分散液；其中，盐酸的浓度为8mol
·
l-1
，体积为40ml；氟化锂的添加量为2g；磁力搅拌转速为200rpm；钛碳化铝粉末的规格为400目，添加量为2g；油浴加热温度为40℃；离心清洗的转速为4000rpm，时间为10min，次数为8次；超声处理时间为2h，功率为200w；离心取上清液时转速为4000rpm，时间为2h。
51.步骤3、将经氧化预处理的碳纤维与经磨浆处理的植物纤维加入十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，对纤维进行表面改性使其带正电；而后依次经机械搅拌、超声处理分散均匀，获得纤维分散液；其中，经氧化预处理的碳纤维的添加量为1.5g；植物纤维选取棉纤维中的一种，并经由pfi磨浆机磨浆处理，打浆度为80
°
sr，添加量为0.7g；十六烷基三甲基溴化铵水溶液的浓度为0.4g
·
l-1
；机械搅拌时间为20min；超声时间为3h，功率为200w。
52.步骤4、将所述单层mxene分散液加入所述纤维分散液中，在缓慢磁力搅拌条件下，使mxene逐渐包覆于纤维表面，最终形成均匀的mxene鞘；而后采用纸页成型器通过湿法成型、干燥处理后，获得mxene@cf/pf复合纸基材料；其中，所述单层mxene分散液的浓度为
8g
·
l-1
，加入量为5ml；缓慢磁力搅拌转速为300rpm，时间为1h；纸页成型器的干燥温度为80℃，干燥时间为15min；所述mxene@cf/pf复合纸基材料的定量为70g
·
m-2
。
53.步骤5、将所述mxene@cf/pf复合纸基材料置于硫/二硫化碳溶液中，浸渍预设时间后，取出通过烘箱干燥；然后转移至充满氩气的耐高温密封玻璃瓶中，并置于烘箱中加热，使硫熔融并渗透进入mxene@cf/pf复合纸基材料内部，最终获得mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料，即得到所述锂硫电池正极材料；其中，硫/二硫化碳溶液的浓度为5g
·
l-1
；浸渍时间为2min；烘箱干燥温度为45℃，干燥时间为20min；加热熔融温度为160℃，时间为2h；所述mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料的硫面载量为5mg
·
cm-2
。
54.测试结果：
55.将本实施例2所述的制作方法制备的mxene@cf/pf/s复合纸基材料用于锂硫电池正极时，在0.2c下初始放电容量为980mah
·
g-1
，200次循环后放电容量为965mah
·
g-1
，容量保持率达98.469％，单次容量衰减为0.008％。
56.实施例3
57.本实施例3提供了一种锂硫电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
58.步骤1、将碳纤维置于圆底烧瓶中，加入硝酸，在水浴加热回流条件下，进行酸氧化处理；而后用去离子水洗净并置于烘箱干燥，获得经氧化预处理的碳纤维；其中，所述碳纤维的直径为8μm，长度为5mm；所述碳纤维的添加质量为2g；所述硝酸的体积分数为65％，添加量为80ml；水浴加热温度为65℃，转速为150rpm，回流时间为30min。
59.步骤2、将盐酸与氟化锂置于内衬聚四氟乙烯的反应釜中，磁力搅拌至混合均匀；然后缓慢加入钛碳化铝粉末，在油浴加热条件下并缓慢搅拌的条件下，进行铝相刻蚀，获得刻蚀后的固相剩余物；将刻蚀后的固相剩余物用去离子水反复离心清洗至中性；之后依次超声处理、离心取上清液，获得单层mxene分散液；其中，盐酸的浓度为6mol
·
l-1
，体积为35ml；氟化锂的添加量为1.5g；磁力搅拌转速为250rpm；钛碳化铝粉末的规格为200目，添加量为1.5g；油浴加热温度为40℃；离心清洗的转速为3500rpm，时间为6min，次数为7次；超声处理时间为1.5h，功率为200w；离心取上清液时转速为4000rpm，时间为1.5h。
60.步骤3、将经氧化预处理的碳纤维与经磨浆处理的植物纤维加入十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，对纤维进行表面改性使其带正电；而后依次经机械搅拌、超声处理分散均匀，获得纤维分散液；其中，经氧化预处理的碳纤维的添加量为1.3g；植物纤维选取针叶木纤维，并经由pfi磨浆机磨浆处理，打浆度为60
°
sr，添加量为0.6g；十六烷基三甲基溴化铵水溶液的浓度为0.3g
·
l-1
；机械搅拌时间为15min；超声时间为3h，功率为150w。
61.步骤4、将所述单层mxene分散液加入所述纤维分散液中，在缓慢磁力搅拌条件下，使mxene逐渐包覆于纤维表面，最终形成均匀的mxene鞘；而后采用纸页成型器通过湿法成型、干燥处理后，获得mxene@cf/pf复合纸基材料；其中，所述单层mxene分散液的浓度为5g
·
l-1
，加入量为7ml；缓慢磁力搅拌转速为250rpm，时间为1.5h；纸页成型器的干燥温度为70℃，干燥时间为20min；所述mxene@cf/pf复合纸基材料的定量为60g
·
m-2
。
62.步骤5、将所述mxene@cf/pf复合纸基材料置于硫/二硫化碳溶液中，浸渍预设时间后，取出通过烘箱干燥；然后转移至充满氩气的耐高温密封玻璃瓶中，并置于烘箱中加热，使硫熔融并渗透进入mxene@cf/pf复合纸基材料内部，最终获得mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料，即得到所述锂硫电池正极材料；其中，硫/二硫化碳溶液的浓度为3g
·
l-1
；浸渍时间
为2min；烘箱干燥温度为50℃，干燥时间为10min；加热熔融温度为180℃，时间为1h；所述mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料的硫面载量为3.5mg
·
cm-2
。
63.测试结果：
64.将本实施例3所述的制作方法制备的mxene@cf/pf/s复合纸基材料用于锂硫电池正极时，在0.2c下初始放电容量为1200mah
·
g-1
，200次循环后放电容量为1125mah
·
g-1
，容量保持率达93.750％，单次容量衰减为0.031％。
65.本发明所述的一种锂硫电池正极材料及其制备方法、锂硫电池正极片及锂硫电池，采用类似纸张抄造的湿法成型方法，将碳纤维和植物纤维搭接构成纤维骨架材料，在纤维表面包覆mxene层得到的自支撑锂硫电池正极，有效缓解了多硫化物的穿梭效应，赋予了电极良好的导电性，进而提高了电池的循环稳定性，延长了使用寿命。
66.上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

技术特征：
1.一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，采用植物纤维和碳纤维作为纤维骨架；在纤维骨架的表面自组装包覆mxene层，获得mxene@cf/pf复合纸基材料；在所述mxene@cf/pf复合纸基材料的内部渗透熔融硫，获得mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料，即得到所述锂硫电池正极材料。2.根据权利要求1所述的一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1、将植物纤维和碳纤维加入至十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，进行表面改性处理以使纤维表面带正电，之后经搅拌、超声处理分散均匀，获得纤维分散液；步骤2、将单层mxene分散液与所述纤维分散液混合，在搅拌条件下，使mxene包覆在纤维表面并形成均匀的mxene鞘，之后通过湿法成型、干燥处理后，获得所述mxene@cf/pf复合纸基材料；步骤3、将所述mxene@cf/pf复合纸基材料置于硫/二硫化碳溶液中，浸渍处理、干燥后，在稀有气体气氛下加热，以使熔融硫渗透进入所述mxene@cf/pf复合纸基材料的内部，获得所述mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料。3.根据权利要求2所述的一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述碳纤维为经氧化预处理的碳纤维；其中，所述经氧化预处理的碳纤维的制备过程，具体如下：将碳纤维与硝酸混合，在水浴加热回流条件下，进行酸氧化处理，之后经过水洗、干燥处理，得到所述经氧化预处理的碳纤维。4.根据权利要求2所述的一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述植物纤维为阔叶木纤维、针叶木纤维及棉纤维中的一种；其中，所述植物纤维的打浆度为50-80
°
sr。5.根据权利要求2所述的一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述单层mxene分散液的制备过程，具体如下：将盐酸与氟化锂混合后，加入钛碳化铝，在油浴加热并搅拌的条件下，进行铝相刻蚀，获得刻蚀后的固相剩余物；对所述刻蚀后的固相剩余物进行清洗至中性，之后依次进行超声处理、离心取上清液，得到所述单层mxene分散液。6.根据权利要求2所述的一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，在稀有气体气氛下加热时，加热熔融温度为150-200℃，时间为1-2h。7.根据权利要求1所述的一种锂硫电池正极材料的制备方法，其特征在于，mxene@cf/pf/s复合纸基正极材料的硫面载量为2-5mg
·
cm-2
。8.一种锂硫电池正极材料，其特征在于，采用如权利要求1-7任意一项所述的一种锂硫电池正极材料的制备方法制备得到。9.一种锂硫电池正极片，其特征在于，所述锂硫电池正极片采用如权利要求8所述的锂硫电池正极材料裁剪得到。10.一种锂硫电池，包括正极、夹层、隔膜及锂片，其特征在于，所述正极采用如权利要求9所述的一种锂硫电池正极片。

技术总结
本发明公开了一种锂硫电池正极材料及其制备方法、锂硫电池正极片和锂硫电池，采用植物纤维和碳纤维作为纤维骨架；在纤维骨架的表面自组装包覆MXene层，获得MXene@CF/PF复合纸基材料；在所述MXene@CF/PF复合纸基材料的内部渗透熔融硫，获得MXene@CF/PF/S复合纸基正极材料，即得到所述锂硫电池正极材料；本发明通过添加植物纤维赋予复合纸基正极材料一定的机械强度及柔性，并保证了电极导电性和结构稳定性；同时，复合纸基正极材料的网状结构及MXene的层状包覆结构可以限制多硫化物的溶出，抑制穿梭效应，有效避免了由于穿梭效应导致的不可逆容量衰减，综合提高锂硫电池的循环稳定性。稳定性。稳定性。


技术研发人员：李金宝 李娜 修慧娟 尹鼎文 黄少炎 樊莎 王思敏
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/15