[发明专利]一种锂硫电池正极固硫载体材料的制备方法

说明书

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种锂硫电池正极固硫载体材料的制备方法。该种锂硫电池正极固硫载体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备类海绵状多孔g‑C₃N₄；(2)合成原位g‑C₃N₄/CNT复合材料；(3)g‑C₃N₄/CNT复合材料掺硫。通过该制备方法制得的具有独特形貌特征的g‑C₃N₄/CNT复合材料用于正极固硫载体材料，能够有效换、置吸附多硫化物，实现电荷的快速转移。

技术领域

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体的涉及一种锂硫电池正极固硫载体材料的制备方法。

背景技术

锂硫电池(LSB)是以硫元素为正极材料，金属锂为负极材料，采用多孔聚合物隔板隔开正极和负极，有机电解液/固态电解质为电解质，理论能量密度达2600Wh﹒kg^-1，远高于现阶段商业化的锂离子电池。此外锂硫电池具备硫含量丰富、成本低廉和环境友好等优势，使其有望取代锂离子电池而成为下一代储能系统。

目前锂硫电池在实际应用过程中，由于存在多硫化物(LiPSs)溶解，导电性差，容量衰减迅速，库伦效率低以及使用寿命短等问题，无法实现商业化应用。为了避免LiPSs在电解液中的剧烈溶解，现有技术从不同角度出发，在物理约束、化学俘获以及催化加速多硫化物转化等方面均有技术突破。其中石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为极性非金属材料可以提供多硫化物的吸附位点，实现多硫化锂的固定并与多硫化物相互作用，加速电化学转化过程，但由于g-C₃N₄的电导率低，导致其电化学性能差。

同时目前g-C₃N₄的常规制备方法有以下几种：一次或两次高温煅烧；以三聚氰胺和三聚氯氰为原料的溶剂热法；软、硬模板法等。

一般g-C₃N₄通过直接煅烧1次或2次所得，该种方式得到的g-C₃N₄团聚严重，比表面积低。

普通的g-C₃N₄制备一般由双氰胺、三聚氰胺或氰胺高温热聚合形成，但此时形成的一般是体相堆积的产物，片状的g-C₃N₄特别容易团聚，其比表面积较小。

虽然通过极性溶剂的超声剥离，强酸溶液的质子化和极性气体的热刻蚀可以得到g-C₃N₄超薄的纳米片。然而这种方法通常涉及到繁琐的分离过程，需要从复杂的反应物混合物中分离出理想的纳米片；此外这种方法的产率极低、处理时间长以及重复性不高。可见通过剥离法得到产品的过程复杂，产率极低且重复性不高。

聚合物软模板的引入往往会导致产品中残留一定量的碳，例如在三聚氰胺前驱体的煅烧过程中，加入过量的无机铵盐，如NHCl₄或NH₄HCO₃，可以在高温下分解为NH₃、HCl、H₂O和CO₂，形成气泡软模板，产生多孔的g-C₃N₄产品。通过模板法得到的产品均会加入更多对环境有害的物质，在热聚合过程中释放有毒气体。若采用碳酸钙或二氧化硅的硬模板通常需要用环境有害的试剂，如氟化氢或其他强酸去除模板，而这些物质对环境有害。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种锂硫电池正极固硫载体材料的制备方法，通过该制备方法制得的具有独特形貌特征的g-C₃N₄/CNT复合材料用于正极固硫载体材料，能够有效换、置吸附多硫化物，实现电荷的快速转移。