[发明专利]一种基于氮掺杂碳化细菌纤维素的电池正极、锂硫电池及其制备方法

权利要求书

1.基于氮掺杂碳化细菌纤维素的电池正极组装的Li-S电池的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1，将细菌纤维素膜片从培养基中取出后，用1M的NaOH蒸煮，水洗直至洗涤液呈中性，冷冻干燥得到纯净的细菌纤维素气凝胶，之后将细菌纤维素气凝胶压平处理，再在惰性气氛下于800-1000℃碳化，得到超轻碳化细菌纤维素膜；

步骤2，将多孔碳均匀分散于N-甲基吡咯烷酮中，通过涂膜的办法将多孔碳分散液复合到超轻碳化细菌纤维素膜表面，多孔碳的复合量为0.10-0.20mg/cm²，作为碳化细菌纤维素功能夹层；

步骤3，将纯细菌纤维素气凝胶浸泡到Nafion溶液中，充分浸泡后转移至1M LiOH溶液中进行锂化处理，温度保持60-100℃，冷冻干燥后压平处理，作为Nafion/BC隔膜，隔膜中Nafion在纯细菌纤维素气凝胶中的复合量为0.2-1.0mg cm^-2；

步骤4，以含1M双三氟甲基磺酸酰亚胺锂电解质，1.0wt％浓度的硝酸锂添加剂，溶剂为体积比为1:1的乙二醇二甲醚和1,3-二氧戊环的混合溶液，作为电解液，以S/NCBC复合材料为正极，金属锂为负极，Nafion/BC隔膜为电池隔膜，碳化细菌纤维素功能夹层置于正极和隔膜之间组装成Li-S电池；所述的S/NCBC正极通过以下步骤制备：

步骤a，将细菌纤维素膜片从培养基中取出后，水洗去除膜表面的多余发酵液，冷冻干燥得到含氮源的细菌纤维素气凝胶；

步骤b，将含氮源的细菌纤维素气凝胶压平处理，然后在惰性气氛下于800-1000℃下碳化，得到氮掺杂碳化细菌纤维素气凝胶；

步骤c，将氮掺杂碳化细菌纤维素气凝胶浸渍于S/CS₂溶液中，取出后，密闭环境下在130-300℃进行热处理，使单质S呈熔融状态，并均匀地扩散至氮掺杂碳化细菌纤维素气凝胶网孔内部，冷却后得到基于氮掺杂碳化细菌纤维素的电池正极，即S/NCBC正极，其中S/NCBC正极电极片的含S量为75-90wt％。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述的细菌纤维素膜片的厚度为1.5-3.0mm。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述的压平处理的压力为0.2Mpa，所述的碳化时间为1-3h。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c中，所述的浸渍时间为2-12h，所述的热处理时间为6-24h。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的细菌纤维素膜片的厚度为0.5-1.5mm。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述的纯细菌纤维素气凝胶的面积密度为0.5-3.0mg cm^-2，所述的锂化时间为14h，所述的压平处理的压力为0.2Mpa。

7.如权利要求1至6任一所述的制备方法制得的Li-S电池。