[发明专利]一种碳化丝瓜瓤载硫作为锂硫电池正极材料的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于电极材料领域，尤其涉及一种锂硫电池正极材料及其制备方法。

二、背景技术

近些年来新能源与可再生能源正在取代日益枯竭的化石能源，已成为解决当今世界能源危机以及环境问题的有效手段之一。而二次电池作为新能源领域中储能装置的重要组成部分，成为了新能源的研究热点。锂硫二次电池是以单质硫或含硫的材料作为正极活性物质，其中硫在自然界分布较广，同时具有环境友好和高的理论比能量(2600Wh/kg)等优点，被认为是最具发展前景的二次电池。生物质材料是一种可持续绿色材料，将其碳化与硫复合，应用在锂硫电池中备受关注。

锂硫电池的正极硫是电子和离子的绝缘体，并且在充放电循环中，硫的体积变化大，与负极锂形成多硫化合物，这些多硫化合物易溶于电解液中，产生飞梭效应，使正极活性物质的利用率减小，电池的容量衰减严重。

2013年斯坦福大学崔毅副教授带头的斯坦福直线加速器中心(SLAC)和斯坦福大学的研究人员用蛋黄-壳结构的硫二氧化钛(S-TiO2)正极材料设计出了一种新型锂硫电池，0.5C放电时，初始比容量为1030mAh/g，经过1000多次循环后，库仑效率为98.4％。此电池经1000次循环后，每周期的容量衰减只有0.033％，表现出很好的长寿命性能。

三、发明内容

本发明的目的在于在锂硫电池正极材料中采用碳化的丝瓜瓤作为载硫体，利用多孔结构和大的比表面积，实现硫的快速吸附，防止充放电过程中体积变化，抑制多硫化物溶出，有效提高锂硫电池的循环性能。

本发明一种锂硫电池正极材料碳化丝瓜瓤/硫，其制备方法包括以下步骤：

(1)将一定量的丝瓜瓤在碱源中处理一段时间；

(2)将所述产物进行干燥；

(3)将所述产物在管式炉中，通入惰性气体，以2～5℃/min的升温速率，加热至500～900℃恒温1～2h；

(4)将所述产物用酸性溶液将残留的碱洗掉，然后用去离子水清洗产物数次直至呈中性。最后真空干燥该产物，并收集产物备用；

(5)将所述产物与硫源混合，研磨一段时间后，放入有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加热到155～160℃保持10～12h，制得锂硫电池的正极材料。

进一步的，所述步骤中的碱源为氢氧化钾，氢氧化钠中的一种或两种；

进一步的，酸性溶液为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或几种；

进一步的，硫源为升华硫、硫代硫酸钠、硫化钠中的一种或几种。；

进一步的，所述步骤中液相分散介质为去离子水、乙醇、盐酸、硫酸、硝酸中的一种或几种；

进一步的，所述步骤中1)步将一定量的丝瓜瓤在碱源中处理一段时间；

进一步的，所述步骤中3)将所述产物在管式炉中，通入惰性气体，以2～5℃/min的升温速率，加热至500～900℃恒温1～2h；

进一步的，所述步骤中4)清洗至中性。

本发明用碱活化和高温碳化丝瓜瓤得到碳化丝瓜瓤，再与硫混合制得锂硫电池的正极材料，方法简单，有效抑制多硫化物的溶出，提高电池的循环稳定性。

四、附图说明

图1为实施例1制备的碳化丝瓜瓤、碳化丝瓜瓤/硫材料和单质硫的X射线衍射(XRD)图。

图2为实施例1制备的碳化丝瓜瓤/硫材料在0.1C下的首次充放电图。

图3为实施例1制备的碳化丝瓜瓤/硫材料的充放电倍率曲线图。

五、具体实施方式

以下通过实施例旨在说明本发明，而不是对本发明的进一步限定。

实施例1：(1)将一定量的丝瓜瓤在8M KOH溶液中一段时间；(2)将所述产物在一定温度下进行干燥；(3)将所述产物在管式炉中，通入氮气，以2℃/min的升温速率，加热至900℃恒温1h；(4)将所述产物用1M HCl溶液将残留的KOH洗掉，然后用蒸馏水清洗产物数次直至呈中性。最后真空干燥该产物，并收集产物备用；(5)将所述产物与单质硫混合，研磨一段时间后，放入有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加热到160℃保持12h，制得锂硫电池的正极材料。