[發(fā)明專利]一種利用脫脂棉制得的C/Ni/S復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104600260B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史雪鋒;陳鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇鋒馳綠色電源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料領(lǐng)域，具體涉及一種利用脫脂棉制得的C/Ni/S復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為新型高能量密度二次電池，已成為各國研究開發(fā)的重點和熱點。在正、負極材料的選擇上，正極材料必須選擇高電位的嵌鋰化合物，負極材料必須選擇低電位的嵌鋰化合物。正極材料是鋰離子電池的重要組成部分，與電池的電化學(xué)性能密切相關(guān)。過渡金屬氧化物和磷酸鹽材料是目前主要的產(chǎn)業(yè)化正極材料，但其實際比容量不超過300mAh/g。為滿足動力電池高比能量和高比功率的使用要求，近幾年以硫與碳的復(fù)合材料為正極材料的鋰硫電池備受關(guān)注。硫的理論比容量為1675mAh/g，鋰硫電池的理論能量密度高達2600Wh/kg。單質(zhì)硫具有來源豐富、對環(huán)境友好、價格便宜、電池安全性好等優(yōu)點。因此，鋰硫電池是非常有發(fā)展前景的高能量密度二次電池。

脫脂棉來自于棉花，棉花又廣泛存在自然界中和廢棄的衣服中。這些生物材料能夠在高溫碳化后留下很好的原始形貌，為制備電極材料提供了很好的生物模板。傳統(tǒng)鋰硫電池大部分是通過介孔碳材料來實現(xiàn)儲硫，這種方法不僅價格昂貴而且對環(huán)境污染大，已近不能滿足綠色環(huán)保，低碳經(jīng)濟的要求。選用脫脂棉作為研究對象，是一個非常重要并且有意義的課題。絕大多數(shù)棉制衣服在破舊后都會被焚燒或丟棄，棉制衣服不但沒有得到充分的利用，并且對環(huán)境造成嚴重污染。只有少數(shù)的棉制衣服被加工重新和再利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明第一個目的是提供一種利用脫脂棉制得的C/Ni/S復(fù)合材料的制備方法，該C/Ni/S復(fù)合材料來源于脫脂棉，原料來源廣泛且具有廢物利用的特點，制備工藝簡單，對環(huán)境友好，易于工業(yè)化實施。

本發(fā)明第二個目的是提供所述C/Ni/S復(fù)合材料作為鋰離子電池正極材料的應(yīng)用。

本發(fā)明的第三個目的是提供一種以所述C/Ni/S復(fù)合材料作為正極材料的鋰離子電池。

下面具體說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明提供了一種利用脫脂棉制得的C/Ni/S復(fù)合材料的制備方法，棉制衣服因為破舊，常被丟棄處理，然而將這些衣服進行脫脂處理后，就能當(dāng)作生物模板，在其表面合成出多孔的C/Ni復(fù)合材料。再通過將其和S復(fù)合來制備C/Ni/S復(fù)合材料。

本發(fā)明的創(chuàng)新點在于對廢舊棉制衣服的充分利用來制備C/Ni/S復(fù)合材料。具體而言，一種利用脫脂棉制得的C/Ni/S復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)脫脂棉洗凈之后干燥，得到干燥后的脫脂棉；

(2)把干燥后的脫脂棉置于由NiSO₄、K₂S₂O₈和水組成的混合溶液中，并加入氨水，攪拌10～60min后洗凈、干燥，得到干燥后的樣品；

(3)將干燥后的樣品與聚苯乙烯的二甲基甲酰胺(DMF)溶液混合，然后在氮氣或氬氣保護下以5～20℃/min的升溫速率升至300～1000℃進行碳化，碳化后冷卻、研磨得到C/Ni復(fù)合材料；

(4)取升華硫粉末溶于二硫化碳(CS₂)中，得到含有升華硫的二硫化碳溶液，將C/Ni復(fù)合材料與含有升華硫的二硫化碳溶液混合，攪拌至二硫化碳全部揮發(fā)，研磨揮發(fā)后的粉末；

(5)取研磨后的粉末放入120～180℃烘箱中6～18h，冷卻、研磨得到C/Ni/S復(fù)合材料。

步驟(2)中，所述的由NiSO₄、K₂S₂O₈和水組成的混合溶液制備包括：配置濃度0.1～0.5mol/L的NiSO₄水溶液和0.05～0.3mol/L的K₂S₂O₈水溶液按體積比4：1～5混合得到。所述的氨水的質(zhì)量百分數(shù)為10％～30％，具體是指氨水中氨的質(zhì)量百分數(shù)。所述的氨水與NiSO₄水溶液的體積比為0.5～2：4。

步驟(3)中，所述的聚苯乙烯的二甲基甲酰胺溶液中聚苯乙烯的質(zhì)量分數(shù)為5％～20％，優(yōu)選為5～15％，最優(yōu)選為10％。其中干燥后的樣品(即預(yù)炭化后的樣品)與聚苯乙烯的二甲基甲酰胺溶液的投料比沒有特別要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整。

步驟(3)中，升溫速率優(yōu)選為5～18℃/min，更優(yōu)選為5～10℃/min，最優(yōu)選為5℃/min；碳化溫度優(yōu)選為300～800℃，更優(yōu)選為500～600℃，最優(yōu)選為600℃；碳化時間優(yōu)選為2～7小時，優(yōu)選2～4小時，最優(yōu)選2小時。