[發明專利]一種鋰硫電池用生物碳負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201811459446.5
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109592662B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 黃劍鋒;王彩薇;李嘉胤;曹麗云;陳倩;郭玲;錢程
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;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

一種鋰硫電池用生物碳負極材料的制備方法，將獼猴桃皮加入水中，然后向其中加入濃酸反應后稀釋至中性過濾，干燥得到產物C；在產物C中加入濃硫酸和水，置于水熱反應釜中反應溶液D，將溶液D稀釋至中性過濾，干燥得產物E；將產物上均勻鋪上一層導電石墨，在管式爐內加熱反應得到產物F；將產物F沖洗，抽濾，烘干，得到產物G；將產物G與硫粉混合得混合物H；將混合物H置于管式爐內升溫反應得多孔生物碳鋰硫電池負極材料。本發明以獼猴桃皮作為生物質原料，采用先混合酸預浸泡，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，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，具體涉及一種鋰硫電池用生物碳負極材料的制備方法。

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：

本發明的目的在于提供一種制備工藝簡單，原料易得，得到的載硫的生物碳材料具有環境友好性，且能夠提升鋰硫電池容量的鋰硫電池用生物碳負極材料的制備方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

1)取2-8g獼猴桃皮洗滌后烘干，得到產物A；

2)在產物A中加入100mL水，然后向其中加入10-60mL的濃酸，用玻璃棒攪使其充分反應，得到溶液B；

3)將溶液B稀釋至pH＝7，過濾，干燥得到產物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；