[發(fā)明專利]一種碳硫復合正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310696657.1
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103746101A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 廣西科技大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 北京中恒高博知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11249
• 代理人: 夏晏平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰硫電池領(lǐng)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(shù)

便攜式電子通信設(shè)備的發(fā)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(zhì)硫具有來源豐富、價格便宜、對環(huán)境友好、電池安全性好等優(yōu)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(zhì)硫是典型的電子和離子絕緣體，還原過程產(chǎn)生的中間體多聚硫化物易溶于有機液態(tài)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(fā)生自放電反應(yīng)，加速鋰的腐蝕，生成無序的Li₂S₂和Li₂S為部分不可逆反應(yīng)，這一系列的問題都導致電極活性物質(zhì)利用率低和電池循環(huán)性能差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有單質(zhì)硫作為正極材料時電池循環(huán)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(fā)明實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)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。

進一步，所述碳硫復合正極材料的表面包覆有Cr₂O₃。

上述碳硫復合正極材料的制備方法，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，得到所述碳硫復合正極材料。

進一步，所述活性炭與硫的質(zhì)量比為1：（0.5～2）。

上述碳硫復合正極材料的制備方法，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；再將保溫后得到的混合物加入到氫氧化鉻絮狀液中，過濾，干燥，焙燒，得到所述碳硫復合正極材料。

進一步，所述活性炭與硫的質(zhì)量比為1：（0.5～2）。

進一步，所述氫氧化鉻絮狀液是通過調(diào)節(jié)硫酸鉻水溶液的pH值至7～8得到。優(yōu)選用氨水調(diào)節(jié)硫酸鉻水溶液的pH值。

進一步，所述焙燒的溫度為250～350℃，時間4～10小時。

附圖說明

圖1為材料的XRD圖。

圖2為實施例1所述C/S復合材料的電鏡圖。

圖3為實施例2所述C/S復合材料的電鏡圖。

圖4為本發(fā)明所述C/S復合材料的充放電循環(huán)圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)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(zhì)硫（分析純）按1:1的質(zhì)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(zhì)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，再放入球磨罐球磨10h，得到黑色產(chǎn)物，即C/S復合材料。

實施例2

將硫酸鉻按1g：16ml的比例溶于去離子水中，充分攪拌，完全溶解后，滴加氨水，調(diào)節(jié)pH值至7.5，成絮狀溶液（生成氫氧化鉻），將實施例1制得的黑色產(chǎn)物按n(S)?：n(Cr)=(0.1～3)：(10～200)加入到絮狀溶液，混合，攪拌均勻后，過濾后，再用去離子水洗滌，在烘箱中100℃下干燥10h，再置于箱式電阻爐中，在空氣氣氛中3℃/min的速率升溫至300℃，恒溫焙燒7h，隨爐冷卻，得到包覆Cr₂O₃的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(zhì)量比80:?10稱量，以N-甲基吡咯烷酮為溶劑調(diào)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是單質(zhì)硫(A)、活性炭(B)、Cr₂O₃包覆前(C)后(D)的碳硫復合材料的XRD圖，由圖1可以看出，單質(zhì)硫在復合材料中是以無定形態(tài)存在的，復合材料在2γ為23⁰附近位置時的衍射峰較活性炭減小，表明單質(zhì)硫與活性炭之間存在相互作用，并且說明硫在活性炭中是高度分散的狀態(tài)，這是由于在加熱過程中，熔融的單質(zhì)硫和高溫下的硫蒸汽在活性炭較高的表面力和很強的吸附性下分散填充到活性炭的孔道中。