[發(fā)明專利]以廢舊離子交換樹脂為原料合成鋰硫電池正極材料的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810982316.3
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN109461896A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閔宇霖;廖柯璇;范金辰;徐群杰;時鵬輝;趙宏陽
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電力學(xué)院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及以廢舊離子交換樹脂為原料合成鋰硫電池正極材料的方法，包括以下步驟：(1)將廢舊離子交換樹脂水洗后熱解，得到發(fā)糕狀多孔碳，然后進(jìn)行酸洗，得到去雜質(zhì)的發(fā)糕狀多孔碳；(2)將步驟(1)得到的去雜質(zhì)的發(fā)糕狀多孔碳與單質(zhì)硫混合研磨，在密閉容器內(nèi)烘干保溫后，得到采用廢舊離子交換樹脂為原料合成的鋰硫電池正極材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明原料來自廢棄物，大大減少物料成本，且得到的正極材料有較高的充放電比容量，優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，此制備方法簡單，成本低廉，性能優(yōu)異，適合大規(guī)模商業(yè)電池的生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰硫電池正極材料制備領(lǐng)域，尤其是涉及以廢舊離子交換樹脂為原料合成鋰硫電池正極材料的方法。

背景技術(shù)

鋰硫電池儲能原理是硫-硫鍵的斷裂和重生，活性物質(zhì)是硫。單質(zhì)硫在常溫下主要以S₈的形式存在，在地球中儲量豐富，具有價格低廉、環(huán)境友好等特點(diǎn)。利用硫作為正極材料的鋰硫電池，其材料理論比容量和電池理論比能量較高，分別達(dá)到1672mAh·g^-1和2600Wh·kg^-1。被認(rèn)為是現(xiàn)在最具有研究價值和應(yīng)用前景的鋰二次電池體系之一。雖然鋰硫電池具有高容量、高比能量等優(yōu)點(diǎn)，但是目前其存在著活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)壽命低和安全性差等問題，這嚴(yán)重制約著鋰硫電池的發(fā)展。造成上述問題的主要原因有以下幾個方面：

1)單質(zhì)硫是電子和離子絕緣體，室溫電導(dǎo)率低，由于沒有離子態(tài)的硫存在，因而作為正極材料活化困難，導(dǎo)致鋰硫電池低倍率性能問題；

2)在電極反應(yīng)過程中產(chǎn)生的高聚態(tài)多硫化鋰Li₂S_n(8>n>4)易溶于電解液中，在正負(fù)極之間形成濃度差，在濃度梯度的作用下遷移到負(fù)極，高聚態(tài)多硫化鋰被金屬鋰還原成低聚態(tài)多硫化鋰。隨著以上反應(yīng)的進(jìn)行，低聚態(tài)多硫化鋰在負(fù)極聚集，最終在兩電極之間形成濃度差，又遷移到正極被氧化成高聚態(tài)多硫化鋰。這種現(xiàn)象被稱為飛梭效應(yīng)，降低了硫活性物質(zhì)的利用率。同時不溶性的Li₂S和Li₂S₂沉積在鋰負(fù)極表面，更進(jìn)一步惡化了鋰硫電池的性能，導(dǎo)致鋰硫電池的低循環(huán)性能問題；

3)硫和最終產(chǎn)物L(fēng)i₂S的密度不同，當(dāng)硫被鋰化后體積膨脹大約79％，易導(dǎo)致 Li₂S的粉化，引起鋰硫電池的安全問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種以廢舊離子交換樹脂為原料合成鋰硫電池正極材料的方法。

本發(fā)明通過采用電廠水處理過程中產(chǎn)生的廢舊離子交換樹脂作為原料，通過一步高溫?zé)峤獾姆椒ǎ玫桨l(fā)糕狀多孔碳，最后通過熔融的方法載入單質(zhì)硫在多孔碳中后得到鋰硫電池正極材料。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的目的之一在于提出一種鋰硫電池正極材料，包括發(fā)糕狀多孔碳以及滲入多孔碳中的單質(zhì)硫。

本發(fā)明的目的之二在于提供了一種以廢舊離子交換樹脂為原料合成上述鋰硫電池正極材料的方法，包括以下步驟：

(1)將廢舊離子交換樹脂清洗后熱解，得到發(fā)糕狀多孔碳，然后進(jìn)行酸洗，得到去雜質(zhì)的發(fā)糕狀多孔碳；

(2)將步驟(1)得到的去雜質(zhì)的發(fā)糕狀多孔碳與單質(zhì)硫混合研磨，再加入二硫化碳繼續(xù)研磨，在密閉容器內(nèi)烘干保溫后，得到采用廢舊離子交換樹脂為原料合成的鋰硫電池正極材料。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(1)中：所述廢舊離子交換樹脂為無污染的陽離子交換樹脂或陰離子交換樹脂，

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(1)中：所述廢舊離子交換樹脂為無污染的苯乙烯系樹脂或丙烯酸系樹脂。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(1)中：所述廢舊離子交換樹脂為凝膠型樹脂或大孔型樹脂。