[發明專利]一種復合生物碳結構負載硫的制備方法

有效

• 申請號: 201811457218.4
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109360975B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 黃劍鋒;王彩薇;李嘉胤;曹麗云;王海;陳倩;錢程
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

一種復合生物碳結構負載硫的制備方法，將蒲公英加入水中，然后向其中加入混合糖超聲攪拌得溶液B；將溶液B冷凍干燥得產物C；在產物C中加入濃硫酸和水，置于水熱反應釜中反應得溶液D；將溶液D稀釋至中性干燥得到產物E；在產物E上均勻鋪上一層導電石墨于管式爐內反應得產物F；將產物F用乙醇和水反復沖洗，抽濾，烘干，得到產物G；將產物G與硫粉混合，研磨得到混合物H；將混合物H置于管式爐內加熱反應得最終產物。本發明以蒲公英作為生物質原料，采用先混合糖溶液預浸泡，后水熱法制備生物碳前驅物，在后期活化中控制活化時間，調控得到適宜儲硫的生物碳材料，將其應用于鋰硫電池，能夠提升其電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種鋰硫電池負極材料的制備方法，具體涉及一種復合生物碳結構負載硫的制備方法。

背景技術

便攜式電子設備的發展對于先進能源存儲的需求越來越迫切。先進能源系統的快速發展要求材料必須具備低成本、長壽命、安全性強、高能量、大功率、環境友好等優點。鋰硫電池可以較好地將上述特點結合起來，在未來的高能量(2500Whkg^-1)存儲系統中具有較好的應用前景。在高能量密度的鋰硫電池中，硫的理論容量為1672mAh·g^-1，鋰金屬負極的理論容量為3860mAh·g^-1。充放電過程中，鋰離子從鋰金屬電極中產生，通過電解液擴散到硫電極，電子從外電路流動，在陰極處產生最終的放電產物Li₂S。然而，鋰硫電池的技術障礙限制了它的應用，比如循環周期短、負載硫的含量低。原因主要有以下幾點：(1)由于在陽極和陰極中生成聚硫化物中間產物，形成聚硫化物的過程中產生復雜的組成和結構變化，聚硫化物極易在電解液中溶解造成容量損失，電極的循環穩定性差；(2)硫和放電產物Li₂S具有離子和電子絕緣性，降低了材料的導電性。(3)聚硫化物在陽極與陰極之間循環往復，造成活性材料的損失，庫倫效率較低，金屬電極表面發生鈍化，產生絕緣產物Li₂S/Li₂S₂。(4)鋰金屬電極的損失主要由于表面的鈍化和不穩定的固-液中間相的形成(SEI膜)，阻止了鋰硫電池的長程循環穩定性。

近年來，大量的研究表明，上述問題可以通過引入硫-碳、硫-聚合物復合材料負極、新型電池體系、穩定鋰金屬負極等方法實現。研究結果主要包括：(1)引入新的電池組成材料和結構(負極、粘結劑、電解液和正極)。(2)Li-S氧化還原化學反應的機理研究。(3)在硫電極中引入導電基體(如：碳、聚合物、金屬)。這種方法可以一定程度提升材料的導電性，但是其能量密度也會降低。對于新型電極結構的研究，主要包括采用硫-碳、硫-聚合物納米復合材料、多孔聚硫化物存儲、多孔集流體、粘結劑、自支撐復合電極、負極和分離器的層間距、聚硫化物陰極、表面涂層分離器、聚硫化物陰極、三明治陰極結構、鋰金屬保護和Li₂S活化。基于上述研究，未來鋰硫電池的發展和應用仍然具有廣泛的前景。

發明內容

本發明發明的目的在于提供一種在鋰硫電池中復合結構有利于抑制多硫化物在電解液中的分解，提升鋰硫電池容量的復合生物碳結構負載硫的制備方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

1)取蒲公英2-8g洗滌后烘干，得到產物A；

2)在產物A中加入100mL水，然后向其中加入5-10g的混合糖超聲攪拌使其充分反應，得到溶液B；

3)將溶液B置于冷凍干燥機中冷凍干燥得產物C；

4)在產物C中加入1-5mL濃硫酸，45-49mL水，置于水熱反應釜中在160-180℃，反應8-30h，得到溶液D；

5)將溶液D稀釋至pH＝7，過濾，干燥得到產物E；

6)將產物E平鋪于白色氧化鋁瓷舟中，再在其上均勻鋪上一層導電石墨，置于氬氣氣氛的管式爐內自室溫以5-10℃/min的升溫速率升溫至1000℃，在1000℃反應0-10h，得到產物F；