[發(fā)明專利]一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010467833.4
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111682172B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張衛(wèi)華;段瑞賢;郭少華;游才印
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 王丹

本發(fā)明公開了一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，包括：將單質(zhì)硫、導(dǎo)電碳通過混料機研磨混合得到硫?碳機械混合料；采用成型模具將硫?碳機械混合料進行壓制，得到硫碳塊料；對硫碳塊料通過熱輥壓進行輥壓壓延、冷卻后，得到層片化硫碳片料；在層片化硫碳片料表面涂覆層間導(dǎo)電介質(zhì)后，進行疊層處理得到疊層硫碳正極材料；將疊層硫碳正極材料通過熱輥壓進行輥壓壓延，冷卻至室溫后，得到硫碳材料疊層；將硫碳材料疊層依次堆疊模具沖裁并壓實，得到坯料；先將坯料放入密閉容器中進行加熱處理后降至室溫，再對坯料進行機械破碎、篩分，得到疊層硫碳正極材料。工藝簡捷、生產(chǎn)效率高，適合規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰硫二次電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰硫電池由于其理論容量和能量密度方面具有很大的優(yōu)勢成為下一代極具應(yīng)用前景的儲能體系。隨著近年來研究的不斷深入，針對其規(guī)模化技術(shù)開發(fā)面臨的問題也日益突出，以鋰硫電池的正極材料制備技術(shù)為例，由于過多的非活性物質(zhì)的添加大大降低了硫含量導(dǎo)致其體積能量密度不高，同時制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本過高又使得其技術(shù)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用非常困難。

專利CN109037662A中公開了一種鋰硫電池硫碳復(fù)合正極材料制備方法，通過將硫碳粉體混合壓塊，在惰性氣體中利用微波/光波能量制備硫碳復(fù)合正極材料，屬于物理（機械）混合熔滲正極材料的快速合成方法，但是硫/碳界面結(jié)合不良、正極材料載硫量低的問題并沒有根本解決。該專利強調(diào)一種通過微波處理，通過這樣微波處理方法利用微波對極性分子選擇性加熱的特點，實現(xiàn)有機基團的破壞、水分子的揮發(fā)，從而提供了一種快速的正極材料合成方法，這種方法從本質(zhì)上講因為氣體揮發(fā)形成孔隙度導(dǎo)致復(fù)合材料疏松，導(dǎo)致松裝密度不高。

另外，來自文獻報道的關(guān)于硫@碳正極材料合成制備方法主要有：

（1）熔滲方法（包括液相熔滲、氣相熔滲、溶液浸滲等）：將單質(zhì)硫融化、氣化或溶解到特定溶劑進行分子級分散，通過其在碳材料表面均勻覆蓋、浸潤等方法得到硫@碳復(fù)合的正極材料。環(huán)境污染、工藝成本高、能耗高、載硫量低是其存在的主要問題，不利于大規(guī)模制備。

（2）機械研磨：通過球磨、擠壓或攪拌等機械力的作用，將硫和碳機械混合，然后采用熱處理合成硫@碳復(fù)合正極材料。從原理上可以實現(xiàn)高載硫，但因為硫碳界面的機械混合特征，其正極材料的電化學(xué)性能不理想。

（3）硫表面功能化：在惰性氣體中把聚丙烯腈聚合物和硫的混合物加熱到300℃，形成硫化有機物。但是載硫量低、工藝成本過高依然是不可回避的事實。

（4）化學(xué)反應(yīng)沉積：利用含硫化合物的溶解度較高的特點，先將溶液浸滲到碳材料中，進而采用甲酸等還原出硫單質(zhì)實現(xiàn)硫@碳材料復(fù)合。同樣的制備效率低、載硫量低、硫碳界面結(jié)合不良依然是其不可回避的問題。

（5）石墨烯、碳納米管、多孔碳、“核-殼”結(jié)構(gòu)等特殊正極材料合成制備工藝：采用物理限域的原理，約束硫（聚硫鋰）的溶解流失，同時改善硫材料的導(dǎo)電性。但是載硫量低、工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜、工藝成本極高，主要停留在實驗室探討階段。

綜上，當(dāng)前的高性能鋰硫電池正極材料大多需要復(fù)雜的合成工藝，且多涉及昂貴的微-納載體材料、復(fù)雜化學(xué)合成過程和高溫處理；當(dāng)前大多數(shù)研究工作引入了過多的非活性物質(zhì)的添加不可避免的降低鋰硫電池正極材料的載硫量（硫質(zhì)量含量通常80%）；另外，目前的硫碳正極材料密度較低導(dǎo)致能量密度很低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的硫碳正極材料載硫量低的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種硫碳復(fù)合正極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將單質(zhì)硫、導(dǎo)電碳通過混料機研磨混合得到硫-碳機械混合料；

步驟2、采用成型模具將硫-碳機械混合料進行壓制，得到硫碳塊料；