[發(fā)明專利]一種碳硫復(fù)合正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310700582.X
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103730641A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 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(xué)
• 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(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(fù)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(xué)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(rèn)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(jī)液態(tài)電解液，部分溶解的多聚硫化物擴(kuò)散到達(dá)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(dǎo)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(fù)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(fù)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，所述碳硫復(fù)合正極材料還摻雜有三氧化二鈷。

上述碳硫復(fù)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與三氧化二鈷顆粒混合研磨，得到所述碳硫復(fù)合正極材料。

進(jìn)一步，所述活性炭與硫的質(zhì)量比為1：（0.5～2）。

進(jìn)一步，所述三氧化二鈷顆粒與活性炭的質(zhì)量比為1：1。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述C/S復(fù)合材料的電鏡圖。

圖2為本發(fā)明所述C/S復(fù)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(jìn)一步詳細(xì)說明。

實施例1

將活性炭（分析純）和單質(zhì)硫（分析純）按1:1.3的質(zhì)量比在球磨機(jī)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。

按三氧化二鈷與活性炭質(zhì)量比為1：1，將三氧化二鈷顆粒與黑色產(chǎn)物充分研磨混合，均勻后，得到摻雜三氧化二鈷的C/S復(fù)合材料。

電池性能的表征：將所得的復(fù)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(jìn)行烘干壓片，裁片制成正極片，鋰片作為負(fù)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是摻雜三氧化二鈷后的C/S復(fù)合材料。從圖中可清晰的看見三氧化二鈷已經(jīng)附著在單質(zhì)硫的周圍，并且通過碳的搭橋，進(jìn)入之間的間隙。

圖2為本發(fā)明所述C/S復(fù)合材料的充放電循環(huán)圖。

對單質(zhì)硫的正極材料電池和復(fù)合材料的電池分別進(jìn)行循環(huán)特性測試。圖中A樣品為摻入三氧化二鈷的C/S復(fù)合材料，B樣品為未摻入三氧化二鈷時的C/S復(fù)合材料，從圖2可知，摻雜后，A樣品比容量和循環(huán)性能得到提高，在10次循環(huán)后，未摻三氧化二鈷的C/S復(fù)合材料的容量保持率80%，而摻有三氧化二鈷的C/S復(fù)合材料的容量保持率仍有88%，摻入三氧化鈷對C/S復(fù)合材料循環(huán)性能的提高有益。