[發明專利]一種碳硫復合正極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310696654.8
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103746096A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 梁興華;曾帥波;劉于斯;史琳;葉超超;劉天驕;華曉鳴;宋清清;劉浩
• 申請（專利權）人: 廣西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 夏晏平

技術領域

本發明屬于鋰硫電池領域，涉及一種用于鋰硫電池的碳硫復合正極材料及其制備方法。

背景技術

便攜式電子通信設備的發展對其所用的化學電源性能提出了更高的要求，尤其對電池的比能要求越來越高。作為鋰離子電池的一種，鋰/硫電池的理論比容量為1675?mAh/g，并且作為正極材料的單質硫具有來源豐富、價格便宜、對環境友好、電池安全性好等優點，因此鋰硫電池被認為是下一代能提供高比能的最具潛力的電池體系。但是由于單質硫是典型的電子和離子絕緣體，還原過程產生的中間體多聚硫化物易溶于有機液態電解液，部分溶解的多聚硫化物擴散到達金屬鋰陽極表面與其發生自放電反應，加速鋰的腐蝕，生成無序的Li₂S₂和Li₂S為部分不可逆反應，這一系列的問題都導致電極活性物質利用率低和電池循環性能差。現有技術中已有采用有機硫化物或硫復合物PDDTB,?PDTDA,?PABTH,?FeS₂和CuS代替單質硫來解決上述問題，但是這類化合物的理論比容量低于單質硫的30%，因而限制了這類材料的應用。

發明內容

本發明的目的是解決現有單質硫作為正極材料時電池循環性能差的問題，提供一種碳硫復合正極材料及其制備方法。

本發明實現上述目的所采用的技術方案如下：

一種碳硫復合正極材料，包括活性炭和硫，其特點在于，所述硫填充在所述活性炭的孔道中，述碳硫復合正極材料還摻有氧化鎳。

進一步，包括將活性炭與硫混合，在惰性氣氛下，于120～300℃保溫3～20小時后，再加入氧化鎳混合研磨，得到所述碳硫復合正極材料。

進一步，所述活性炭與硫的質量比為1：（0.5～2）。

進一步，所述氧化鎳與活性炭的質量比為1：1。

進一步，所述氧化鎳優選為納米氧化鎳。

附圖說明

圖1為本發明所述C/S復合材料的充放電循環圖。

圖2為本發明所述C/S復合材料的電鏡圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例做進一步詳細說明。

實施例1

將活性炭（分析純）和單質硫（分析純）按1:1的質量比在球磨機中研磨均勻后，放入真空干燥箱中，沖入氬氣約20min，以排除里面的空氣，避免高溫下硫被氧化。然后在流動的氮氣氣氛下，把活性炭與單質硫混合物加熱到155℃左右，在此溫度下保持10小時，然后再將溫度升高到250度左右，在此溫度下保持3h，產物再用球磨機球磨10h，得到的黑色產物再與納米氧化鎳（按活性炭：氧化鎳質量比為1：1）混合用球磨機球磨10h，超聲振動，分散均勻，得到C/S復合材料。

電池性能的表征：將所得的復合材料與聚偏二氟乙烯（PVDF）按照質量比80:?10稱量，以N-甲基吡咯烷酮為溶劑調制成均勻漿狀，涂布后進行烘干壓片，裁片制成正極片，鋰片作為負極片，1mol/L的LiPF₆的EC/DNC（碳酸乙烯酯/碳酸丁烯酯，體積1:1）做為電解液，隔膜Celgard2300，組裝成扣式電池。

圖1為復合材料的充放電循環圖，由圖可以看出，所得C/S復合材料（A）在第20次循環時，容量保持率仍有93.04%，而單質硫（B）在第20次循環時，容量保持率只有43%。可見本發明可明顯改善鋰硫電池的循環性能，且衰減幅度更小。

圖2為所述C/S復合材料的電鏡圖。從圖中可清晰的看見納米氧化鎳已經附著在單質硫的周圍，平且通過碳的搭橋，進入之間的間隙。