[發明專利]一種鋰硫電池用硫碳復合正極材料制備方法

有效

• 申請號: 201811088783.8
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109037662B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 韓曉剛;蔣揚昶;軒瑩瑩;張凡;孫周婷;曾鼎元;郭偉昌;沈飛;趙斌;成永紅
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/052
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種鋰硫電池用硫碳復合正極材料制備方法，按一定比例稱量碳原料與硫原料，研磨使二者混合均勻，并將混合后的原料進行壓制成形，在惰性氣氛中，利用微波/光波等能量進行超快速制備硫碳復合正極材料。本發明碳硫復合正極材料制備方法的顯著優點在于超快速、低能耗、可規模化。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池正極材料技術領域，具體涉及一種鋰硫電池用硫碳復合正極材料制備方法。

背景技術

鋰硫電池作為一種新型電化學儲能技術，其硫電極的理論容量為1672mAh/g，是目前鋰離子電池正極材料的5倍，且硫單質毒性小和儲量豐富，因此鋰硫電池在儲能領域有著非常誘人的發展前景。但是鋰硫電池存在兩個主要缺點：

(1)硫正極的導電性差；

(2)放電中間產物多硫化鋰會發生“穿梭”效應，導致鋰硫電池充放電電流小，循環壽命差等問題。

為解決上述問題，研究人員一般在硫電極中加入密度低、導電性好的碳材料以形成良好的導電網絡，同時起到限制多硫化鋰的遷移，即采用硫碳復合的方法制備硫電極來解決上述問題。目前制備硫碳復合電極的方法主要有直接加熱熔化、密閉高溫處理、原位化學生成等，這些方法耗能耗時，效率低，或者需要用到溶劑給后處理帶來麻煩，不利于大規模推廣應用。因此，開發一種快速、低能耗、可規模化制備硫碳復合電極材料的方法是鋰硫電池向產業化發展的迫切需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種鋰硫電池用硫碳復合正極材料制備方法，具有速度快、能耗低以及可規模化的特點。

本發明采用以下技術方案：

一種鋰硫電池用硫碳復合正極材料制備方法，將碳原料與硫原料研磨并混合均勻制成混合料，然后將混合料壓制成型，在惰性氣氛中利用微波/光波將壓制成型的混合料制備成硫碳復合正極材料。

具體的，混合料中硫原料的質量百分比小于90％。

進一步的，碳原料為導電碳、多孔碳、空心碳球、碳納米管、碳纖維、石墨烯以及采用B、P、N、S中一種或多種元素對上述碳材料進行摻雜的碳，或上述碳材料的組合；硫原料為單質硫或受熱可分解為單質硫的化合物。

進一步的，石墨烯為熱剝離石墨烯、機械剝離石墨烯、液相剝離石墨烯、CVD石墨烯、外延生長的石墨烯、高溫碳化石墨烯、三維多孔石墨烯、二維多孔石墨烯、氫化石墨烯、氟化石墨烯中的一種或多種組合。

具體的，壓制成型的混合料形狀為棒狀、片狀、塊狀和球團狀中的一種，表觀密度不大于1.6g/cm³。

具體的，將壓制成型后的混合料置于反應容器中，設置反應容器中的惰性氣氛為氬氣、氮氣、氦氣中的一種或多種，分壓為0.5～5atm。

進一步的，每100mg的原料片層，微波反應器的功率為100～5000瓦，反應時間為1～600s。

具體的，所述方法制備的硫碳復合正極材料的硫含量為20～80％。

與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：

本發明一種鋰硫電池用硫碳復合正極材料制備方法，將碳原料與硫原料研磨并混合均勻制成混合料，然后將混合料壓制成型，最后在惰性氣氛中，利用微波/光波將壓制成型的混合料制備成硫碳復合正極材料，硫碳電極制備方法簡單巧妙，硫碳復合程度高，并且提高了制備效率、節能環保、易規模化。

進一步的，本發明利用了碳材料可以迅速吸收微波等能量并在極端時間使碳材料升至高溫，使硫粉迅疾熔融或者升華、氣化，促使硫和碳粉在機械研磨混合后進一步在更小尺度上充分復合，方法巧妙簡單，復合程度更高。