[發明專利]多層多孔碳材料及其制備方法、鋰硫電池正極和鋰硫電池

在審

• 申請號: 201811083410.1
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109437146A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 周寬;萬黎豪;李明仙;吳靜珞;于強強
• 申請（專利權）人: 深圳市比克動力電池有限公司
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;B82Y30/00;H01M4/13;H01M4/139;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 官建紅

本發明屬于鋰硫電池材料技術領域，具體公開一種多層多孔碳材料及其制備方法、鋰硫電池正極和鋰硫電池。所述多層多孔碳材料的制備方法包括以下步驟：將氧化石墨、鈣鹽、檸檬酸鈉進行混料處理，制成膠體；將所述膠體進行加熱處理，獲得粉末物料；將鎂粉與所述粉末物料進行混料處理，獲得混合物料，將所述混合物料置于無氧環境中進行煅燒處理，將煅燒得到的產物進行酸洗處理，獲得多層多孔碳材料。本發明制備方法得到的多層多孔碳材料具有豐富的孔道、小腔室和印跡，適合用作鋰硫電池單質硫的載體，能夠有效提高鋰硫電池的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池材料技術領域，尤其涉及一種多層多孔碳材料及其制備方法、鋰硫電池正極和鋰硫電池。

背景技術

鋰硫電池是一種以硫元素為電池正極、金屬鋰作為負極的鋰電池，其理論能量密度為2600Wh·kg^-1，是目前商業化鋰離子電池的5～10倍，且作為電池正極的單質硫價格低廉、來源廣泛，被認為是下一代最具潛力的鋰離子電池。但是，目前的鋰硫電池尚未能商業化，一方面是由于單質硫及其放電產物的導電性差、充放電過程中體積變化大及活性物質在電解液中發生溶解，另一方面是目前尚未能夠批量生產，因此，其商業化的推進十分緩慢。目前最主流的做法是將活性物質硫與質輕、導電性好的多孔碳材料進行復合，而作為鋰硫電池活性物質單質硫最佳載體的多孔碳材料的常規制備方法包括硬模板法、濕化學法和高溫裂解聚合物法等，這些制備方法都存在制備周期長、成本高、過程控制難等典型缺陷。同時，近年來，石墨烯以其超高的比表面積、優異的導電性能而在電化學儲能領域受到了前所未有的青睞，而目前的石墨烯基多孔材料的制備一般也是濕化學法、冷凍干燥法，其中濕化學法產量低，而且反應過程中腐蝕性強，而冷凍干燥法則時間至少20h以上，耗時長，而且生產成本高，不利于工業化批量生產。

發明內容

針對現有鋰硫電池正極活性物質載體制備成本高、效率低且不易批量化等問題，本發明提供一種多層多孔碳材料及其制備方法。

本發明的另一個目的在于，提供由該多層多孔碳材料作為載體進行鋰硫電池正極的制備方法、鋰硫電池正極及鋰硫電池。

為實現上述目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種多層多孔碳材料的制備方法，包括以下步驟：

將氧化石墨、鈣鹽、檸檬酸鈉進行混料處理，制成膠體；

將所述膠體進行加熱處理，獲得粉末物料；

將鎂粉與所述粉末物料進行混料處理，獲得混合物料，將所述混合物料置于無氧環境中進行煅燒處理，將煅燒得到的產物進行酸洗處理，獲得多層多孔碳材料。

相應地，一種多層多孔碳材料，所述多層多孔碳材料采用如上所述的多層多孔碳材料的制備方法制備得到。

以及，一種鋰硫電池正極的制備方法，包括滲硫步驟，所述滲硫步驟為采用滲硫的方法，使單質硫附著在多層多孔碳材料表面，獲得碳硫復合物，所述碳硫復合物中多層多孔碳材料與單質硫的質量比為1：(2.5～5)；

其中，所述多層多孔碳材料為如上所述的多層多孔碳材料。

以及，相應地，一種鋰硫電池正極，所述鋰硫電池正極采用上述鋰硫電池正極的制備方法制備得到。

一種鋰硫電池，包括正極，所述正極為如上所述的鋰硫電池正極。

本發明的有益效果為：

上述提供的多層多孔碳材料的制備方法，原料來源豐富且便宜、工藝簡單、反應效率和產率高，獲得的多層多孔碳材料為片狀結構，具有豐富的孔道，而且片與片之間相連的部位被分割成若干小腔室，片上具有豐富的印跡，有利于填充其他物質并能自行對填充的物質進行約束。