[發明專利]一種鋰硫電池用花生殼碳/硫復合正極的制備方法

在審

• 申請號: 201811548968.2
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109860532A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 胡鵬;李敬發;趙朋;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蔣廈

本發明涉及一種鋰硫電池用花生殼碳/硫復合正極的制備方法。本發明通過花生殼制備的生物炭作為載體材料，實現對鋰硫電池導電性差、多硫溶解以及體積膨脹等問題的解決。由于花生殼制備的生物碳具有相互連接的三維網格結構，比表面積達479.7m²·g^?1，對多硫化物具有較強吸附性能，更有利于抑制多硫化物的溶解及電池體積膨脹，同時改善了電極材料的導電性，從而大大提高了鋰硫電池的比容量、循環壽命、穩定性等電化學性能。

技術領域

本發明涉及電池材料技術領域，具體涉及一種鋰硫電池用花生殼碳/硫復合正極的制備方法。

背景技術

可充電鋰離子電池以其高能量密度而聞名，在過去的幾十年中，全球大多數的便攜式電子設備都是使用的鋰離子電池，但是像電動汽車這樣的能源使用量較大的設備需要電池有更高的能量密度和更低的價格，以及更長的使用壽命。其中鋰硫電池，理論容量達到1675Ah·kg^-1，能量密度2600Wh·kg^-1，而且正極材料硫具有低成本、高容量、安全性能高的特點，是最有前途的新一代二次電池。

但是硫單質差的導電性能、充放電過程體積膨脹、中間產物多硫化物溶解等問題阻礙了鋰硫電池的發展。為了解決這些問題，在硫正極中添加碳基材料構筑成復合材料，被材料學家證明是一種非常有效的途徑，一方面提高了正極的導電性，另一方面可以阻止多硫離子向電解液主體的擴散。例如碳質材料，包括CMK-3空心碳球體、石墨烯薄片、碳纖維、碳納米管和微/介孔碳等，通過物理混合或者化學組裝提高導電率和抑制多硫化物的溶解。但這種特定結構碳的添加帶來了高昂的成本消耗。生物質原料經過熱解制得的碳具有價格低廉及來源廣泛的獨特優勢。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，尤其是現有的鋰硫電池正極材料制備成本高、合成方法復雜等問題，提供一種制備方法簡單、成本低廉、載硫量較高的鋰硫電池正極材料的制備方法與應用。本發明鋰硫電池正極載硫材料的原料為花生殼，原料成本低，制備過程工藝簡單，可負載硫用作鋰硫電池正極材料。采用本發明的載硫材料制備的鋰硫電池正極材料具有高比容量及良好的循環性能。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種鋰硫電池用花生殼碳/硫復合正極材料，采用花生殼制備生物碳作為載硫材料，負載硫作為鋰硫電池正極材料，該載硫材料具有相互連接的三維網格結構，比表面積達479.7m²·g-1，具有良好的導電性，能有效抑制多硫化物溶解及電池體積膨脹。

在充放電范圍為1.5～2.8V時，首次放電容量達到1218mAh·g^-1，充放電循環100次時，可逆比容量保持在601mA·g^-1。

本發明還公布了所述的鋰硫電池用花生殼碳/硫復合正極的制備方法，包括以下步驟：

1)將花生殼洗凈干燥，研磨成碎末，用一定量的強堿水溶液浸泡花生殼碎末；浸泡完成后放入干燥箱中烘干至完全；

2)將步驟1)所得產品放入管式爐中，在惰性氣氛下煅燒，完成后自然冷卻至室溫；將所得產品用一定濃度的HCl溶液中和至弱酸性，接下來用水和乙醇離心洗滌；洗滌后的樣品干燥至完全，得到花生殼生物碳；

3)取一定量制得的花生殼生物碳與硫，首先將硫完全溶解在二硫化碳中，然后將花生碳、乙醇與溶有硫的二硫化碳混合；將混合溶液在磁力攪拌器上攪拌至蒸發完全，收集樣品；

4)在手套箱的氬氣氛圍中，將步驟3)所得樣品裝進高壓釜并密封；取出高壓釜放入箱式爐中煅燒，完成后自然冷卻至室溫，取出釜內樣品，即為花生殼碳/硫復合正極材料。

步驟1)中，所述強堿水溶液為KOH，KOH與花生殼質量比為3:1；花生殼碎末浸泡時間為24h，烘干溫度為90℃。