[发明专利]一种基于碳化海带的电极材料的制备方法和锂硫电池

说明书

本发明公开了一种基于碳化海带的电极材料的制备方法和锂硫电池，包括以下步骤：步骤S1，得到预处理后的海带材料；步骤S2，将海带碳化，硫扩散至碳化海带材料中，从而形成一种自支撑式碳/硫复合材料。采用本发明的技术方案，无需添加粘连剂，碳化后的海带作为电极材料的支撑骨架，具有良好的结构稳定性，海带经过碳化后形成的多孔碳结构可以给扩散其中的硫提供体积变化空间，有效克服锂硫电池在充放电过程中因正极活性材料体积膨胀而造成的电极坍塌的问题。本发明方法制备而成的自支撑式碳/硫复合材料具有良好结构稳定性，可以应用于锂硫电池。

技术领域

本发明属于锂硫电池技术领域，尤其涉及一种基于碳化海带的电极材料的制备方法和锂硫电池。

背景技术

随着对经济高效储能技术需求的日益增长，引发了对先进电池系统的不断探索。目前主导便携式电子设备的锂离子电池最高能量密度已接近极限，仍不能满足新兴电动汽车的需求。锂硫电池采用含量丰富的硫元素作为正极材料，由于其理论比容量及能量密度高、成本低，已成为下一代储能设备最有前景的候选材料之一。

与当前锂离子电池不同的是，锂硫电池的化学反应基于16Li + S₈→ 8Li₂S，在提供高比容量的同时，也存在着一些关键问题阻碍锂硫电池的发展。其中包括硫和硫化锂的电子导电性差；硫化锂的不均匀沉积引起锂枝晶；正极硫反应为硫化锂时体积膨胀（约80%）引起电极崩塌；中间产物聚硫锂（Li₂S_x，4≤x≤8）溶解至有机电解液中，在正负极之间产生“穿梭效应”，造成硫元素的不可逆损失，降低库伦效率和循环容量，增加了界面电阻，且反应产物为电子导电性差的Li₂S₂和Li₂S时，会将负极金属锂包覆致使无法导电，电池将无法继续工作。因此，若想将锂硫电池替代当前的锂离子电池投入商用，必须设计合理的硫正极来解决上述存在的问题。

生物质纤维素以及生物质聚合物因其富含纤维素和木质素，经过高温碳化可以转化为碳材料，可被用作碳材料前驱体。目前，将木材、椰子壳、香蕉皮、甘蔗渣等生物质经过碳化，提取的活性炭已经被用作储能设备的电极材料。海带是一种多年生大型食用藻类，形状呈扁平带状，含有丰富的纤维素，产量较高且成本低廉，但现有技术中并没有将其作为制备电极材料的记载。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术提出一种基于碳化海带制备电极材料的方法，将海带经过碳化转化为活性炭材料，形成的多孔碳结构可以很好的容纳活性材料硫，之后将硫粉熔融渗入碳化海带中，得到自支撑式碳/硫复合结构，从而提供一种制备电极材料的新方法。该方案在制备过程中不需要添加黏合剂，应用于锂硫电池中。

本发明提供的一种基于碳化海带制备自支撑碳/硫复合材料的锂硫电池电极材料的方法，包括以下步骤：

步骤S1，得到预处理后的海带材料；

步骤S2，将海带碳化，硫扩散至碳化海带材料中，从而形成一种自支撑式碳/硫复合材料。

其中，所述步骤S1进一步包括以下步骤：

S10：将海带用去离子水浸泡清洗6小时，每隔1~3小时更换去离子水，去除海带中杂质；

S11：清洗后的海带选取厚度均匀的部分，裁剪出直径为1.6厘米的圆片；

所述步骤S2进一步包括以下步骤：

S20：将预处理后的海带圆片置于管式炉中，在氩气气氛保护下，以2~5℃/min升温至600~900℃煅烧2~6小时；

S21：煅烧完成后自然降温，得到基于碳化海带的活性炭材料，称其重量；