[发明专利]一种基于相转移法的锂硫电池多孔碳正极材料的制备方法

说明书

一种基于相转移法的锂硫电池多孔碳正极材料的制备方法，它涉及一种基于相转移法的锂硫电池多孔碳正极材料的制备方法。本发明通过构建正极材料的多孔结构解决锂硫电池充放电过程中活性物质活性低以及电池比容量较低等问题。本发明的方法如下：一、多孔前驱体的制备；二、导电多孔碳材料的制备；三、导电多孔碳材料的后处理；四、导电多孔碳材料‑硫复合材料的制备；五、锂硫电池多孔碳正极材料的制备。本发明的方法制备的锂硫电池多孔碳正极材料组装成的电池库伦效率平均可以达到90%以上，该电极能适用于有机液态电解质锂硫电池，初始比容量与第二次循环比容量分别为1524mAh/g和904mAh/g，经过27次循环比容量保持在485mAh/g的水平。本发明适用于锂硫电池领域。

技术领域

本发明涉及一种基于相转移法的锂硫电池多孔碳正极材料的制备方法。

背景技术

传统不可再生能源的过度开采造成的能源危机以及随之而来的环境问题使得人们对可再生清洁能源的需求更为迫切。锂离子电池作为二次电池具有可观的循环性与安全性，其中具有高比容量的锂硫电池，因其理论比容量可高达1675mAh/g，能量密度高达2500Wh/kg，远超目前常见的商业锂离子电池，因此锂硫电池作为当今新能源之一，受到各界广泛关注，同时科研工作者对其进行了深入的研究。单质硫在自然界含量丰富、价格低廉、无毒易保存并且对环境友好，因此锂硫电池在商业上具有较高的利用价值，是极具发展和应用前景的高容量电化学储能器件，研究高性能锂硫电池具有重要的现实意义。

但锂硫电池仍然存在的诸多问题掣肘了其实际应用，主要是由于充放电过程中，多硫化锂在电解液中的溶解并迁移到负极生成短链多硫化锂，随后进一步迁移到正极的往复过程，即所谓“飞梭效应”，是导致电池循环寿命较差和大量自放电的主要原因。其次室温条件下单质硫与其反应最终产物Li₂S是电绝缘体，因此需要导电载体作为硫的电子传导的媒介，载体材料必须具有稳定的结构以应对充放电过程中的体积变化，同时还需具备良好的导电性作为硫的电子导体，较大的比表面积以及良好的固硫作用，以解决多硫化物的溶解迁移问题并保障硫的负载量。

多孔碳材料具有高的比表面积和较强的物理吸附力，采用多孔碳材料与单质硫复合，将单质硫吸附在多孔碳的孔隙中，确保了硫与载体的良好复合。一方面有利于提高单质硫的电化学活性，并增强复合材料的导电性，另一方面确保了复合正极材料的结构稳定，抑制了“飞梭效应”。但是，采用现有技术中的方法制备的锂硫正极材料，制备流程繁琐，价格昂贵，不具备足够的比表面积与导电性，致使活性物质比容量较低。

综上所述，急需提供一种结构稳定，制备简易，具有高比表面积与高电导率的载体作为锂硫电池正极材料，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的为了是保证制备成本低廉的同时提高单质硫的活性和电池的稳定性，从而提供了一种导电多孔碳与单质硫的复合材料作为锂硫电池的正极活性物质。利用多孔碳材料的多孔结构与物理吸附作用，使单质硫嵌入多孔碳材料的孔结构中，使其较好的相互接触，增大了反应面积，降低了硫电极放电产物的溶解，保证了活性物质的活性，并且碳材料稳定的化学性质使其能适用于有机电解质而不发生副反应，从而提高了活性物质利用率，改善了锂硫电池的正极与电解质间的兼容性。

本发明一种基于相转移法的锂硫电池多孔碳正极材料的制备方法，其特征在于一种基于相转移法的锂硫电池多孔碳正极材料的制备方法是按照以下步骤进行的：

一、多孔前驱体的制备

在24mlN，N-二甲基甲酰胺溶液中加入0.5g聚甲基丙烯酸甲酯与2.0g聚偏氟乙烯充分混合24h，随后将混合液置于0℃低温条件下冷却24h，冷却后迅速注入大量蒸馏水并重复用蒸馏水清洗，所得产物置于NaOH溶液中24h洗净烘干备用；

二、导电多孔碳材料的制备

将所得产物置于充满氮气的管式炉中在800℃条件下恒温3h制得导电多孔碳材料；

三、导电多孔碳材料的后处理