[发明专利]高倍率硫/中微孔碳HAC锂硫电池正极复合材料的两步吸附制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料化学和电化学领域，具体涉及一种高倍率性能硫/中微孔（中孔、微孔）碳HAC锂硫电池正极复合材料的制备方法。

背景技术

随着人类现代化进程的加快和经济全球化的迅猛发展，化石能源的过度开发和大量消耗引发了日益严峻的全球能源危机和环境问题，严重威胁到了人类的生存环境和社会经济的持续发展。因此，加快对新能源特别是清洁可再生能源的开发和利用是人类社会在新世纪的共同面临的首要任务和严峻挑战。电池尤其是循环可用的二次电池是各种不连续、可再生能源(如风能、太阳能、潮汐能等)的优良储能装置，是未来清洁可再生能源不可或缺的重要组成，有重大的社会需求，有望成为21世纪最有应用价值的储能器件之一（姚真东, 魏巍, 王久林, 杨军, 努丽燕娜. 锂硫二次电池正极研究进展. 物理化学学报.  2011, 27(5): 1005-1016）。

锂离子电池因其具有能量密度高、输出电压高、自放电低、无记忆效应和环境友好等优点，成为一类极具发展前景的高容量储能体系。其中，锂离子电池已在小型二次电源中占据主导地位，广泛地应用于手机、笔记本和小型电动车中。然而，受正极材料理论容量密度的极限制约，锂离子电池很难突破300 Wh/kg的能量密度，不能满足未来大容量储能和新能源技术飞速发展的需求。因此，研究并开发具有更高容量密度和能量密度的二次电池具有非常重大的需求和广阔的市场应用前景（赖超, 李国春, 叶世海, 高学平.高容量硫/碳复合正极材料. 化学进展. 2011, 23: 527-532）。近年来，锂硫电池作为新一代高能量密度的锂二次电池，其理论比能量可高达2600 Wh/kg（X.L. Ji, K.T. Lee and L.F. Nazar. A Highly Ordered Nanostructured Carbon-Sulphur Cathode for Lithium-Sulphur Batteries. Nature Materials,2009, 8: 500-506），是目前市场上锂离子电池能量密度的7-8倍（P.G. Bruce, S.A. Freunberger, L.J. Hardwich, J.M. Tarascon. Li-O₂ and Li-S batteries with high energy storage. Nature Materials,2012, 11: 19-29），可支撑一辆小型汽车续航1700 km以上（S. Xin, L. Gu, N.H. Zhao, Y.X. Yin, L.J. Zhou, Y.G. Guo, and L.J. Wan.Smaller Sulfur Molecules Promise Better Lithium-Sulfur Batteries.Journal of America Chemistry Society,2012, 134: 18510-18513），因而备受关注，且被认为是未来最有前途的储能电池体系之一（J. Hassoun and B. Scrosati.Moving to a Solid-State Configuration: A Valid Approach to Making Lithium-Sulfur Batteries Viable for Practical Applications. Advanced Materials, 2010, 22, 5198-5201）。

锂硫电池中硫正极材料的性能是决定锂硫电池品质高低的关键。然而，受限于硫及其放电产物硫化锂较差的导电性，以及在充放电过程中所形成的一系列多硫化锂中间产物易溶于有机电解液等缺点，锂硫电池仍存在硫正极利用率较低(特别是在大电流密度下充放电)和循环性能差等问题，成为阻碍锂硫电池实际应用的最大瓶颈。

如果能将硫以微小粒度形式均匀地分散于一种导电性良好的多孔材料之中，一方面可以有效提高硫的利用率；另一方面，利用多孔材料的表面吸附作用又可以有效抑制硫及其放电产物（多硫化锂）在正极极片上的流失。因此，将硫与多孔材料复合可以制备出高容量且循环性能优异的锂硫电池正极复合材料。