[发明专利]一种锂离子电池正极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电极材料制备领域。

背景技术

随着储能电源和电动汽车的迅猛发展，对锂离子电池的性能提出更高要求，开发高能量密度的锂离子电池成为研究重点之一。2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑(DMcT)作为一种重要的有机多硫化物，因其理论容量高(362mAh·g^-1)，作为锂电池正极材料具有潜在的应用价值，但是，DMcT室温下电化学反应速度缓慢，而且放电时产生的小分子硫巯基化合物易溶于有机电解液中。尚不能满足电池的需要。为了提高DMcT的电化学活性与稳定性，近年来，人们采用导电高分子、纳米碳材料、金属纳米粒子和层状化合物对其进行复合改性。例如，Oyama等研究发现，导电聚苯胺对DMcT具有显著的电化学催化作用，且充放电容量接近其理论值。Park等研究证明Pd纳米粒子与DMcT间存在强的相互作用．可形成金属-有机多硫化物络合物，对DMcT的电化学反应也具有催化作用．然而，上述改性方法得到的DMcT复合正极材料的循环性能离实际应用仍有差距。

分级孔碳(HPC)具有比表面积大、电导率高、吸附能力强和稳定性好等特点，有利于活性物质的负载和电解液的扩散，并能提高电荷传输性能，是电极材料的理想载体。近年来，导电聚合物/分级孔碳复合物的制备及其在锂离子电池方面的应用已有报道，但有关分级孔碳负载DMcT复合材料的研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种分级孔碳负载2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑作为锂离子电池正极材料的制备方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：一种锂离子电池正极材料制备方法，包括活化分级孔碳的制备、活化分级孔碳负载2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的制备和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸包覆活化分级孔碳负载2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑复合材料的制备三步骤；

所述活化分级孔碳的制备步骤为，将纳米碳酸钙水分散液经过滤、乙醇洗涤后，再经超声处理使纳米碳酸钙均匀分散在乙醇中，将酚醛树脂配成25％的乙醇溶液，再与纳米碳酸钙的乙醇分散液搅拌混合均匀，控制酚醛树脂/纳米碳酸钙的质量比为40：60，然后将混合物中的乙醇挥发掉，得到浅黄色粉末,将混合物粉末在氩气氛中于管式炉中进行炭化煅烧处理，煅烧条件为从室温以2℃·min^-1的速率升温到300℃，再以5℃·min^-1的速率从300℃升温到700℃，再以5℃·min^-1的速率从700℃升温到850℃，并在300、700、850℃分别保温90、60、60min，将煅烧产物中的氧化钙模板用2mol·L^-1的盐酸去除，用去离子水洗至中性，得到分级孔碳（HPC）,将HPC与KOH按质量比1：3混合研磨均匀后，以10℃·min^-1的速率升至800℃，保温1h，自然冷却至室温,产物用大量水洗涤，再在沸腾状态下用0.1mol·L-¹HCl洗涤30min，最后在200℃下脱水24h，得到活化分级孔碳；

所述活化分级孔碳负载2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的制备步骤为，将0.5g制备的活化分级孔碳粉末抽真空0.5h，并在真空状态下加入2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑（DMcT）的无水乙醇溶液，搅拌混合lh后，通过抽滤除去多余的DMcT,再在室温干燥，如此重复两次，最后在70℃下干燥24h，得到活化分级孔碳负载2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑（aHPC/DMcT）复合物；

所述聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸包覆活化分级孔碳负载2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑复合材料的制备步骤为，称取0.44g聚苯乙烯磺酸钠溶解在20mL去离子水中，用2mol·L^-1盐酸将溶液pH值调为2,然后加入0.15g的3,4-乙烯二氧噻吩单体，搅拌均匀后，再加入0.3g制备的aHPC/DMcT,最后将溶有0.34g过硫酸铵的40mL水溶液缓慢滴加到上述混合液中，室温下搅拌反应24h,产物经离心，去离子水洗涤后得聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸包覆活化分级孔碳负载2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑复合材料，即为所制得的锂离子电池正极材料。

本发明具有如下有益效果：

采用该方法制备的锂离子电池正极材料，其首次放电容量高达281mAh·g^-1，20次后的放电比容量为138mAh·g^-1，容量保持率达49.1％。