[发明专利]一种锂硫电池硫/碳复合正极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂硫电池硫/碳复合正极材料的制备方法，将生物质、氧化镁和碳酸氢钾在玻璃研钵中充分研磨得到物料A；将物料A转移至瓷舟中并将瓷舟平放于管式炉内，通入氮气或氩气使物料A在升温过程中处于氮气或氩气环境中得到物料B；将物料B转移至烧杯内并倒入盐酸溶液浸泡12h，用高纯水进行洗涤直至滤液呈中性，然后置于鼓风干燥箱内于40‑60℃干燥12h得到囊泡状多孔碳材料即物料C；将物料C与升华硫混合，在空气条件下于120℃混合12h使硫成功掺杂在物料C中，最终制得锂硫电池硫/碳复合正极材料。本发明使用生物质经过处理制得囊泡状多孔碳材料作为载硫基质，在锂硫电池领域较为新颖且具有一定的普适性。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，具体涉及一种锂硫电池硫/碳复合正极材料的制备方法。

背景技术

如今，人们越来越重视可持续能源的发展，环境友好的可再生能源需要与低成本且安全的储能设备结合，从而更好地满足能源的按需排放，并广泛地适应于实际应用。电池作为能量储存与释放的中介，它的产生与发展推动了储能技术的发展，其中锂离子电池因寿命长、无记忆效应等优势从中脱颖而出。然而，锂离子电池较低的能量密度等缺点限制其更好地应用于实际中。由此，锂硫电池作为一种新型的储能电池得到了广大研究者的青睐，目前在电动车、便携式设备等领域都有一定的研究价值。然而，锂硫电池现有的一些局限性使其与商业应用的全面推广仍存在一定的距离。比如，锂硫电池在工作中自身容量衰减速度较快，硫单质作为正极材料具有较低的电导率，中间产物多硫化物产生的“穿梭效应”严重阻碍了其循环稳定性等。针对锂硫电池在研究工作中遇到的瓶颈，目前研究人员提出诸多的解决方案，较为常见的是对锂硫电池正极材料进行优化，通过加入各种基质与硫结合，可以改变正极材料的结构和形貌，从而提高锂硫电池的性能，其中硫/碳复合正极材料成为研究的热点。碳材料本身具有良好的导电性，可以改进单质硫绝缘性的短板；碳材料还具有多孔性，提供更多的活性位点，且更容易实现与硫的掺杂；不同结构的碳材料可以实现不同的硫负载量；同时，碳材料的成本低，尤其是生物质制得的碳材料容易获取，环境友好，工艺简单，成为广大研究者关注的热点。生物质经过一定过程的处理能够生成多孔碳结构的碳材料，其具有优异的稳定性、较大的比表面积和良好的导电性等优势，将其与硫结合作为锂硫电池的复合正极材料能够有效提高锂硫电池的电化学性质。因此，探索一种由生物质制备多孔碳材料的普适性方法更有利于硫/碳复合正极材料的推广与普及。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种环境友好、操作简单且成本低廉的锂硫电池硫/碳复合正极材料的制备方法，该方法使用生物质经过处理制得囊泡状多孔碳材料作为载硫基质，在锂硫电池领域较为新颖且具有一定的普适性。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种锂硫电池硫/碳复合正极材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将生物质、氧化镁和碳酸氢钾按质量比1:1:3的比例在玻璃研钵中充分研磨10min，使三种物质充分混合均匀得到物料A，其中生物质为法国梧桐树树皮、荠菜或核桃皮；

（2）将物料A转移至瓷舟中并将瓷舟平放于管式炉内，通入氮气或氩气使物料A在升温过程中处于氮气或氩气环境中，具体升温过程为：由室温经过1h升温至300℃并保持2h，再以10℃ min^-1的升温速率升温至800℃并保持2h，然后自然降温至室温得到物料B；

（3）将物料B转移至烧杯内并倒入2mol L^-1的盐酸溶液浸泡12h，用高纯水进行洗涤直至滤液呈中性，然后置于鼓风干燥箱内于40-60℃干燥12h得到囊泡状多孔碳材料；

（4）将囊泡状多孔碳材料与升华硫按质量比2:3的比例混合，在空气条件下于120℃混合12h使硫成功掺杂在囊泡状多孔碳材料中，最终制得锂硫电池硫/碳复合正极材料。