[发明专利]一种活性竹炭/硫复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明为一种活性竹炭/硫复合材料的制备方法及其应用。该方法包括如下步骤：第一步，制备活性竹炭；第二步，制备活性竹炭/硫复合材料：将活性竹炭和纳米硫粉放入球磨机中球磨处理2～4h，然后将球磨所得的混合物放入以聚四氟乙烯为衬底的反应釜中加热保温，反应时间为10～20h，反应温度为100～300℃，由此制得活性竹炭/硫复合锂硫电池正极材料。本发明可以有效解决锂硫一次电池正极材料导电性差、体积膨胀严重以及硫负载量不高等问题，进而从整体上提高锂硫一次电池的放电效率、安全性能和能量密度，克服了现有一次锂电池技术中电池比容量较低的缺点。

技术领域

本发明的技术方案涉及由活性材料组成的电极材料的制备方法，具体地说是一种锂硫一次电池正极材料的制备方法，更具体地说是一种可用于锂硫一次电池正极的活性竹炭/硫复合材料制备方法。

背景技术

锂硫电池是指采用硫、金属硫化物、聚硫化物以及有机多硫化物等作为正极，金属锂或锂合金箔作为负极，具有高比容量和高能量密度特点的电池体系。目前，锂硫电池正极材料常用的活性物质为硫单质，其理论体积比能量和质量比能量分别高达2800Wh/L和2600Wh/kg，远高于“摇椅式”锂离子电池(约150～400Wh/kg)。锂硫电池以其高的比能量、低的成本以及环境友好等特性在世界范围内引起了极大的关注，是目前最有前景的电池体系之一。大多数研究者更倾向于锂硫二次电池的开发利用，却忽视了其作为一次电池使用的巨大潜在价值。事实上，锂硫二次电池的循环稳定性和商业化锂离子电池相比较还存在一定差距，尚不能满足商业化标准。但该体系具有非常高的初始放电比容量，且电池一经组装即处于满电量状态，可直接对负载供电，符合一次电池的使用要求。

然而，锂硫一次电池在实际应用中仍然存在一些关键难题有待解决：其一、在放电过程中，正极活性物质硫与放电产物Li2S的密度不同，硫正极会因发生体积膨胀(膨胀比约为76％)而碎裂，引发安全问题；其二、单质硫在室温条件下的电导率低(25℃时，Ω＝5×10^-30S/cm)，为了提高导电性能，其正极材料中必须加入大量导电剂，导电剂的加入降低了电池的实际能量密度；其三、现有的锂硫一次电池技术中，需要添加大量电解液来不断溶出放电中间产物，以暴露新鲜的电极界面，随着电解液的增加，进一步降低了电池的实际能量密度，并且，过量添加电解液会使得电池的安全性能下降；其四、放电产生的多硫中间产物溶于电解液，在浓差作用下穿过隔膜到达负极，在负极发生还原反应生成不溶于电解液的固态Li2S2、Li2S覆盖在负极表面，增大了电池的阻抗，影响放电效率。因此，如何提高锂硫一次电池的能量密度、提高电池的大功率放电能力以及改善体积膨胀等成为锂硫一次电池进一步研究的热点和关键难点。