【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料，具体涉及一种cu/c-400-s复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、镁硫电池因其高理论容量和丰富的资源，被视为下一代高能量密度电化学设备的重要候选。镁硫电池的工作原理基于镁和硫之间的电化学反应，能够提供比传统锂离子电池更高的能量密度。然而，镁硫电池面临多硫化物的穿梭效应及其导电性差等问题，限制了其实际应用。首先，在镁硫电池的充放电过程中，硫会转化为多硫化物，并在电解液中溶解，形成所谓的“穿梭效应”。这种现象会导致活性材料的流失，降低电池的容量和效率，严重时甚至影响电池的循环稳定性和使用寿命，这是阻碍镁硫电池发展的重要原因。其次，硫及其放电产物(如mgs)都是电绝缘体，限制了电子的有效传导，导致电池的导电性能差，导电性不足严重影响了电池的充放电性能和整体电化学性能。为此，有研究通过引入导电添加剂(如碳材料)来改善导电性，但仍需要进一步优化。
2、金属有机框架材料(mofs)因其独特的高比表面积和多孔结构，成为理想的硫宿主材料。mofs提供了大量的孔隙和活性位点，这些特性使其在吸附和固定多硫化物方面展现出卓越的潜力，从而有效减缓了穿梭效应。然而，尽管mofs在理论上具有诸多优势，其在实际应用中仍面临一些问题。mofs材料在循环过程中可能会遭受破坏或变形，直接影响电池的循环寿命和可靠性。为提高mofs的电化学性能，可通过退火处理引入结构缺陷，结构缺陷能够增强mofs的吸附能力和导电性，但合成过程较为复杂，涉及加热处理和退火等多个步骤。合成方法的优化和简化，以及提高材料的结构稳定性，是实现mo
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种cu/c-400-s复合材料及其制备方法和应用，解决镁硫电池中存在的穿梭效应及导电性差的技术问题，提高电池的性能和循环寿命。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种cu/c-400-s复合材料的制备方法，包括如下步骤：
4、s1、将cu(no3)2·3h2o溶于去离子水中，1,3,5-均苯三甲酸溶于无水乙醇中，混合，离心，收集得到cu-mof粉末；
5、s2、将步骤s1得到的cu-mof粉末在n2气氛下加热至一定温度，并恒温2h，得到cu/c-400粉末；
6、s3、将步骤s2得到的cu/c-400粉末与硫粉混合，转移至不锈钢反应釜中，得到cu/c-400-s复合材料。
7、优选的，步骤s1中将cu(no3)2·3h2o水溶液和1,3,5-均苯三甲酸乙醇溶液混合后，转移至反应釜在120℃下反应12h。
8、优选的，步骤s1中离心条件为：离心转速为7000-8000rpm，离心次数为4-5次。
9、优选的，步骤s2中将cu-mof粉末在n2气氛下以5℃/min的速率加热至400℃，并恒温2h，得到cu/c-400。
10、优选的，步骤s3中cu/c-400粉末与硫粉质量比为1:1。
11、优选的，步骤s3中cu/c-400粉末与硫粉质量比为1:1，掺硫比例为50％。
12、优选的，步骤s3中cu/c-400粉末与硫粉混合后，在不锈钢反应釜中进行反应，反应温度为155℃，反应时间为12h。
13、本专利技术还提供了所述的制备方法制备所得cu/c-400-s复合材料。
14、本专利技术还提供了所述制备方法制备所得cu/c-400-s复合材料或所述cu/c-400-s复合材料在制备镁硫电池正极材料中的应用。
15、本专利技术还提供了一种用于镁硫电池的正极材料，所述正极材料中含有所述的cu/c-400-s复合材料。
16、本专利技术还提供了一种用于镁硫电池的正极材料的制备方法，包括如下步骤：
17、(1)将cu/c-400-s复合材料、粘合剂、导电剂混合，于玛瑙研钵中进行充分研磨后，加入适量n-甲基-2-吡咯烷酮混成均匀的浆料；
18、(2)将浆料均匀的涂在铜箔上，真空干燥后切成直径为14mm的正极片。
19、优选的，步骤(1)中cu/c-400-s复合材料、导电剂和粘结剂质量比为8：1：1。
20、优选的，步骤(1)中粘合剂为聚偏氟乙烯(pvdf)。
21、优选的，s1中导电剂为乙炔黑。
22、优选的，正极片硫平均负载量为0.62mg cm-2。
23、本专利技术的技术方案原理：本专利技术利用cu(no3)2·3h2o和1,3,5-均苯三甲酸制备得到cu-mof，将其在400℃氮气氛围下恒温2小时后，进行退火处理得到cu/c-400粉末，该材料在低温煅烧过程中产生单质铜，单质铜会参与到多硫化物的反应中。
24、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
25、1、本专利技术制备的cu/c-400-s复合材料通过其独特的结构和化学组成，能够有效阻碍多硫化物的穿梭效应，多硫化物穿梭效应的抑制有助于减少电池充放电过程中的活性物质损失，从而延长电池的循环寿命。本专利技术制备的cu/c-400-s复合材料具有优异的导电性能，不仅提升电池的充放电速率，也提高了电池的整体能量效率。本专利技术制备的cu/c-400-s复合材料解决了穿梭效应及导电性差等问题，显著提高了电池的性能和循环寿命，为开发高效、稳定的镁硫电池提供了重要的材料基础。
26、2.本专利技术提供的cu/c-400-s复合材料制备方法简单、易于操作，降低了生产成本，便于规模化生产和工业化应用。
27、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种Cu/C-400-S复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中将Cu(NO3)2·3H2O水溶液和1,3,5-均苯三甲酸乙醇溶液混合后，转移至反应釜在120℃下反应12h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中离心条件为：离心转速7000-8000rpm，离心4-5次。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中将Cu-MOF粉末在N2气氛下以5℃/min的速率加热至400℃，并恒温2h，得到Cu/C-400。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中Cu/C-400粉末与硫粉质量比为1:1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中Cu/C-400粉末与硫粉混合后，在不锈钢反应釜中进行反应，反应温度为155℃，反应时间为12h。
7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法制备所得Cu/C-400-S复合材料。
8.如权利要求1-6任一项所述制备方法制备所得Cu/C
9.一种用于镁硫电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料中含有权利要求7所述的Cu/C-400-S复合材料。
...【技术特征摘要】
1.一种cu/c-400-s复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中将cu(no3)2·3h2o水溶液和1,3,5-均苯三甲酸乙醇溶液混合后，转移至反应釜在120℃下反应12h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中离心条件为：离心转速7000-8000rpm，离心4-5次。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中将cu-mof粉末在n2气氛下以5℃/min的速率加热至400℃，并恒温2h，得到cu/c-400。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫晓燕，郭纬光，刘宝胜，赵新新，张晓华，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：
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